Wir sin mit sehenden ougen blint“, so klagte Anno 1191 der Minnesänger Heinrich von Rugge. Das schwer erträgliche Gefühl, im dunkeln zu tappen, hat nicht nur ihn, sondern Heerscharen von Wissenschaftlern umgetrieben. Zahllose Sehhilfen, ob Teleskope, Periskope, alle möglichen Spektroskope bis hin zum Tunnelmikroskop (s. Physik-Nobelpreis) belegen es.

Der Zufall will es nun, daß der diesjährige Nobelpreis für Chemie auch mit einem „Mikroskop“ zu tun hat. Einer der drei Laureaten, nämlich Professor John C. Polanyi aus Toronto, gilt als Pionier auf dem Gebiet der infraroten Chemie-Lumineszenz und ist gewissermaßen geistiger Vater des chemischen Lasers. Kein Geringerer als George C. Pimentel, der zusammen mit Jerome Kasper Mitte der sechziger Jahre erstmals eine solche Lichtquelle baute, bezeichnete den Laser als „ein Werkzeug, das einem neuen chemischen Mikroskop gleichkommt“.

Solch „chemische Mikroskope“ sind heute bereits im Dienst des Umweltschutzes, etwa zur Überwachung der Fluor- und Chlor-Emissionen von Aluminium-Hütten oder Müllverbrennungs-Anlagen. Aber auch die US-Army setzt große Hoffnungen auf das „Mikroskopieren“ mit just solchen Lasern: als raketenzerstörende Strahlenwaffen im SDI-Projekt. Das Tragische daran; Polanyi ist seit vielen Jahren ein engagierter Kämpfer für atomare Abrüstung und Frieden.

Sowohl Polanyi als auch die beiden mit ihm geehrten Kollegen, Dudley R. Herschbach (Havard) und Yuan T. Lee (Berkeley), haben chemische Reaktionen in der Gasphase untersucht, wie sie etwa bei Verbrennungsprozessen oder in der Erdatmosphäre ablaufen. Dabei interessierte sie vorwiegend die Dynamik chemischer Reaktionen, das heißt, wie schnell und auf welchen Wegen Moleküle sich miteinander verbinden, um neue Produkte zu bilden. Ihnen gelang es, mehr Licht in die immer noch reichlich schummrige „Intimsphäre“ miteinander reagierender Molekülpaare zu bringen.

Die besondere Aufmerksamkeit der drei Laureaten galt dabei sehr kurzlebigen Pärchen, die entstehen, wenn zwei Moleküle der Stoffe A und B miteinander kollidieren und neue Bindungen knüpfen. Es ist ein uralter Traum der Chemiker, Molekülpaare in diesem sogenannten Übergangszustand von der neuen zur alten Identität zu beobachten. Denn wer Kenntnis davon hat, was sich in jenem kurzen Moment abspielt, der kann z. B. die Geschwindigkeit des chemischen Prozesses (seine Kinetik) und die Art der Produkte vorhersagen.

Dies ist keineswegs eine Banalität. Chemiker wissen häufig nur, welche Ausgangssubstanzen vorlagen und welche Produkte am Ende entstanden sind. In vielen Fällen kennen sie noch nicht einmal alle Produkte, zum Beispiel, wenn sehr instabile Moleküle entstanden sind. Auf welch verschlungenen Pfaden A und B ihre Identität geändert haben, wie alte Bindungen gebrochen und neue geknüpft wurden, bleibt sehr oft Gegenstand schierer Spekulation. Es ist äußerst schwierig, sich rasch bewegende und chemisch reagierende Moleküle direkt zu beobachten. Elektronen- und Tunnelmikroskop etwa ermöglichen nur das Abtasten fester Objekte. Viele AB-Pärchen im Übergangszustand leben jedoch nur eine Picosekunde, das heißt den millionstel Teil einer Millionstelsekunde (10 -12 sec).

Herschbach und Lee kamen den flüchtigen AB-Pärchen wie folgt auf die Schliche: In ein Hochvakuumgefäß werden je ein dünner Strahl von Molekülen A und Molekülen B senkrecht zueinander eingeschossen. Die Strahlen werden mit Blenden so ausgerichtet, daß sie sich in der Mitte des Vakuumgefäßes mit definierten Geschwindigkeiten kreuzen (Methode der gekreuzten Molekularstrahlen). An dieser Stelle kommt es dann zu Kollisionen zwischen A und B. Prallen sie wie Billardkugeln aufeinander, dann ist die Flugrichtung der Stoßpartner einfach vorauszuberechnen. Bilden sie jedoch für kurze Zeit ein Pärchen AB, das sich ein- oder zweimal um die eigene Achse dreht, dann wird es von der Dauer des gemeinsamen Walzers abhängen, in welche Richtungen sie anschließend davonsausen. Kurz: Aus der Richtung, in die A und B beziehungsweise ihre Produkte (C, D, E etc.) vom Kollisionspunkt davonstieben, lassen sich präzise Rückschlüsse auf den Übergangszustand AB ziehen.