Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einblicke ins Atom

23.01.2017

Physiker der Universität Jena und des Helmholtz-Instituts Jena stellen neuen Mechanismus zur Untersuchung von Atomkernen vor

Es ist nicht leicht, die kleinsten Bausteine der Materie in Augenschein zu nehmen. Während sich Atome mit einer Größe von einigen Pikometern (Billionstel Meter) mit Rastertunnelmikroskopen noch in ihren Umrissen sichtbar machen lassen, sind Nahaufnahmen der Atomkerne auf direktem Wege bislang ganz und gar unmöglich:


Die theoretischen Physiker Dr. Andrey Voltka (l.) und Prof. Dr. Stephan Fritzsche von der Uni Jena haben eine Methode entwickelt, mit der sie Atomkerne gezielt anregen und untersuchen können.

Foto: Anne Günther/FSU

Wie eine dichte Atmosphäre oftmals den Blick auf ferne Planeten verhüllt, so verdeckt eine Wolke von Elektronen, die sich um den Atomkern bewegen, die Sicht ins Innere eines Atoms. „Die Elektronenhülle bestimmt nicht nur die Festigkeit und chemischen Bindungen aller uns umgebenden Stoffe, sie ist auch wesentlich größer als der Atomkern“, sagt Prof. Dr. Stephan Fritzsche von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Ihr Durchmesser beträgt etwa das Hunderttausendfache des Durchmessers des Atomkerns. Um die Kerne dennoch direkt zu erreichen, müssen sich die Forscher daher etwas einfallen lassen.

Und genau das haben Prof. Fritzsche und seine Kollegen getan. Das Team um den theoretischen Physiker von der Universität Jena und dem Helmholtz-Institut Jena stellt in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ eine Methode vor, mit der die Forscher den Schleier der Elektronenwolke lüften und die Atomkerne gezielt anregen können. Dabei gelingt es ihnen nicht nur die Elektronenwolke zu durchdringen; sie nutzen die eigenwilligen Sprünge der Elektronen sogar, um neue Kernzustände zu ermöglichen (DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.243001).

Grundlage der Untersuchungsmethode ist die sogenannte Zwei-Photonen-Emissionsspektroskopie. „Dazu schickt man elektromagnetische Strahlung in eine Probe des zu untersuchenden Elementes“, erläutert PD Dr. Andrey Volotka aus Fritzsches Arbeitsgruppe, der Erstautor der aktuellen Studie ist. Die Elektronen in der Atomhülle werden von der Strahlung angeregt und gehen in einen energetisch höheren Zustand über, in dem sie allerdings nur für sehr kurze Zeit verweilen und von wo sie anschließend in ihren ursprünglichen Zustand zurückfallen. Jedes angeregte Atom gibt dabei seine Energie in Form zweier Lichtteilchen (Photonen) wieder ab.

„Dem von uns vorgeschlagenen Mechanismus zufolge wird eines dieser Photonen jedoch vom Atomkern absorbiert und regt diesen selbst an“, so Andrey Volotka. Diese Anregung des Atomkerns lässt sich – ebenso wie die des verbleibenden zweiten Photons – spektroskopisch nachweisen. Die beobachtbaren Signale in den Photonenspektren geben den Forschern Aufschluss über die Struktur des Atomkerns und dessen Wechselwirkung mit den Elektronen. „Damit können sogenannte isomere Zustände der Atomkerne bestimmt werden, die vergleichsweise langlebig sind“, nennt Prof. Fritzsche einen Vorteil der Methode.

„Langlebig“ bedeutet für die Physiker in diesem Fall von Bruchteilen einer Sekunde bis hin zu mehreren Minuten. Die in gängigen Stoßexperimenten angeregten Kernzustände haben dagegen typische Lebensdauern im Attosekundenbereich.

Bisher ist dieser neue Mechanismus allerdings nur ein theoretischer Vorschlag. Die Jenaer Physiker konnten diesen aber gemeinsam mit Kollegen aus Braunschweig, Darmstadt und Dresden bereits in Computersimulationen bestätigen. „Das ist in erster Linie Grundlagenforschung“, macht Prof. Fritzsche deutlich. Vielleicht, so der Physiker, lassen sich die Erkenntnisse jedoch eines Tages auch nutzbringend anwenden: etwa in Form hochpräziser „Atomuhren“, die dann auf Kernübergängen beruhen und eine nennenswert höhere Präzision versprechen.

Original-Publikation:
Volotka A.V. et al. Nuclear Excitation by Two-Photon Electron Transition. Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.243001

Kontakt:
Prof. Dr. Stephan Fritzsche
Theoretisch-Physikalisches Institut der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Helmholtz-Institut Jena
Fröbelstieg 3, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947606
E-Mail: stephan.fritzsche[at]uni-jena.de

Weitere Informationen:

http://www.uni-jena.de

Dr. Ute Schönfelder | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Max-Planck-Princeton-Partnerschaft in der Fusionsforschung bestätigt
23.11.2017 | Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

nachricht Magnetfeld-Sensor Argus „sieht“ Kräfte im Bauteil
23.11.2017 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungen

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Seminar „Leichtbau im Automobil- und Maschinenbau“ im Haus der Technik Berlin am 16. - 17. Januar 2018

23.11.2017 | Seminare Workshops

Biohausbau-Unternehmen Baufritz erhält von „ Capital“ die Auszeichnung „Beste Ausbilder Deutschlands“

23.11.2017 | Unternehmensmeldung