News

Forscherteam beobachtete Elektronen beim Tunneln

Seit Jahren stellt der Physiker Ferenc Krausz - Direktor des Max- Planck-Instituts für Quantenoptik in München und Honorar-Professor an der TU Wien - immer wieder neue Rekorde mit ultrakurzen Lichtblitzen auf.

Ferenc Krausz

Ferenc Krausz

Ferenc Krausz

Über derartige Blitze von der Dauer von einigen 100 Attosekunden (eine Attosekunde ist ein Milliardstel von einem Milliardstel einer Sekunde) konnte er mit seinem deutsch-österreichisch-holländischen Team den Quanteneffekt des so genannten "Tunnelns" beobachten. Die Arbeit wurde in der jüngsten Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift "Nature" veröffentlicht.

Quanteneffekte, die sich nur in der Welt der kleinsten Teilchen bemerkbar machen, scheinen der gängigen Physik und teilweise auch dem Menschenverstand zu widersprechen. Im Falle des Tunnelns können Teilchen, wie etwa Elektronen, Orte erreichen, an die sie gar nicht gelangen dürften - weil etwa eine Energiebarriere im Weg ist.

Atto-Sekundenblitze als Zeit-Mikroskop

Es ist vergleichbar mit einem Bergsteiger vor einem Bergkamm. In der normalen Welt muss der Alpinist, wenn er auf die andere Seite gelangen will, über den Kamm steigen oder riesige Umwege in Kauf nehmen um den Bergkamm zu umgehen. Steht nicht genug Energie für die Überquerung oder Umgehung zur Verfügung, kann der Bergsteiger niemals auf die andere Seite gelangen. Nicht so in der Quantenwelt: Hier ist es möglich, dass ein Teilchen am Fuß des Berges verschwindet und augenblicklich auf der anderen Seite wieder auftaucht. Von diesem Vergleich, der Bewegung durch einen - nicht vorhandenen - Tunnel am Fuße eines Berges, kommt auch der Name Tunneln. Im konkreten Fall beobachtete und manipulierte Kraus mittels seines Atto-Blitzlichts Elektronen in einem Atom und wie sich die negativ geladenen Elektronen kurzfristig aus der Anziehung des positiv geladenen Atomkerns befreiten.

Die Atto-Sekundenblitze im Labor der Physiker funktioniert dabei wie eine Art Zeit-Mikroskop. Fotografen kennen das Problem: Will man ein sich schnell bewegendes Objekt scharf abbilden, benötigt man eine möglichst kurze Belichtungszeit. Um die Bewegung eines Atoms in einem Molekül zu fotografieren, muss man bereits mit wenigen Femtosekunden (billiardstel Sekunden) fotografieren. Doch die Elektronen in angeregten Atomen sausen noch tausend Mal schneller von einem Energiezustand in den nächsten, typischerweise in der Zeit von zehn bis 1.000 Attosekunden. Entsprechend kurz muss die Belichtungszeit sein, um solche Vorgänge zu beobachten. Um sich eine so kurze Zeitspanne vorstellen zu können, dient ein Vergleich: Wären 100 Attosekunden so lange wie eine Sekunde, würde eine Minute dem Alter des Universums (14 Milliarden Jahre) entsprechen.

Quelle: APA Journal Forschung