Forschungszentrum Jülich - Forschen in Jülich 3_2012

Den Jülicher Wissenschaftler Stadler beschäftigte jedoch nicht nur sein For- schungsobjekt, das Hämoglobin, son- dern auch die Methode zur Erkenntnis. „Anders als wir es getan haben, vermes- sen Neutronenforscher Proteine häufig nicht in wässrigen Lösungen, sondern als leicht angefeuchtetes Pulver“, sagt er. Wichtigster Grund: In der Lösung bewegt sich das ganze Protein – nicht nur die Atome innerhalb des Proteins. Daher ist die Auswertung solcher Messungen oft schwierig. Im Falle der Hämoglobine wä- re jedoch das übliche Vorgehen nicht er- folgreich gewesen, wie Stadler durch Ex- perimente mit Pulverproben am Neutronenrückstreu-Instrument SPHE- RES in Garching belegen konnte, bei de- nen er von Dr. Gerald Schneider vom JCNS unterstützt wurde. „Scheinbar reicht das Anfeuchten nicht, um das Hä- moglobin biologisch voll aktiv werden zu lassen“, folgert Stadler. 38°37°36° Neutronen gehorchen als Bausteine der Atomkerne quantenmechani- schen Gesetzen: Sie können sich als Welle und als Teilchen verhalten. Die Länge der Wellen ist dabei etwa so lang wie die Atomabstände in Kristallen. Die Wellen, die an den Atomen gestreut werden, interferieren miteinander: So wie die Wellen im See, die durch hineingeworfene Steine entstehen, so verstärken sie sich mancherorts und löschen sich mancherorts aus. Es entstehen Muster, die Informationen über die Anordnung der Atome im Kristall enthalten. Nach die- sem Prinzip können Neutronenforscher Strukturen analysieren wie in einem extrem hochauflösenden Mikroskop – auch die von Pulvern und Riesenmolekülen. In anderen Messungen verhalten sich Neutronen eher als Teilchen. Beim Zusammenstoß mit den Atomen nehmen sie wie Billard- kugeln Bewegungsenergie auf oder geben sie ab. Wie stark sie be- schleunigt oder gebremst werden, hängt unter anderem von der Ge- schwindigkeit der Atome ab. Daher können die Forscher mit Neutronen dynamische Prozesse in Materialien untersuchen. Weil diese Prozesse manchmal nur weniger als eine billionstel Sekunde, manchmal aber auch hundertstel Sekunden dauern, werden verschiedene Instrumente benötigt: Rückstreu-, Time-of-flight- oder Spin-Echo-Spektrometer sind jeweils Spezialisten für bestimmte Zeit- und Längenskalen. Neutronen zeichnen sich durch eine weitere nützliche Eigenschaft aus: Sie haben ein magnetisches Moment – den Spin. Wie eine Kompass- nadel das Erdmagnetfeld misst, so ist der Neutronenspin empfindlich für die atomare Anordnung der elementaren magnetischen Momente in ei- nem Material. Forscher können daher mit Neutronen auch die magneti- schen Eigenschaften von Stoffen erkunden. Die Methoden der Neutronenforscher Das Neutronenrückstreu-Instrument SPHERES in Garching. MENSCH 36°–37° C Forschen in Jülich 3|201210 Das JCNS Prof. Dieter Richter über die Jülicher Forschung mit Neutronen

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