Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pulsierende Leere

05.08.2010
Physiker des Labors für Attosekundenphysik am Max-Planck-Institut für Quantenoptik haben erstmals beobachtet was an dem Platz in einem Atom passiert, an dem ein einzelnes Elektron herausgeschlagen wurde. Sie berichten darüber im Wissenschaftsmagazin „Nature“ (5th August 2010, Doi:10.1038/nature09212).

Ein internationales Team vom Labor für Attosekundenphysik (www.attoworld.de), unter der Leitung von Prof. Ferenc Krausz am Max-Planck-Institut für Quantenoptik und der Ludwig-Maximilians-Universität München hat erstmals beobachtet, was quantenmechanisch an dem Ort in einem Edelgasatom passiert, an dem kurz zuvor ein Elektron aus der Umlaufbahn herausgeschlagen wurde. Die Forscher benutzten dazu Lichtpulse, die nur wenig über 100 Attosekunden lang dauerten. Neben den Münchner Laserphysikern waren an der Kooperation auch Forscher aus Saudi-Arabien und den USA beteiligt.

Quantenteilchen, wie Elektronen, sind flüchtige Zeitgenossen. Wo genau sich Elektronen in einem Atom aufhalten, kann niemand sagen. Die Elementarteilchen folgen den Gesetzen der Quantenmechanik. Dabei ergibt sich die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Partikel durch eine Art pulsierende Wolke. Die Bewegung von Elektronen auf ihren Umlaufbahnen um Atome, dauern nur wenige Attosekunden. Eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer milliardstel Sekunde. Was genau die Elementarteilchen im Dunstkreis der Atome jedoch anstellen, ist bis heute weitgehend unbekannt. Fest steht, dass man nicht zeitgleich die Bewegung und den Aufenthaltsort eines Teilchens bestimmen kann. Deswegen ergibt sich eine Art Wolke für die quantenmechanische Beschreibung der Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elementarteilchen.

Jetzt ist dem internationalen Team vom Labor für Attosekundenphysik (LAP) erstmals die Beobachtung gelungen, wie sich die Elektronenwolke zeitlich bewegt, wenn eines der Elektronen im Atom durch einen Lichtpuls herausgelöst wird. Mit dabei in der Forschungs-Kooperation waren Physiker des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik (Garching), der Ludwig-Maximilians-Universität München, der King-Saud-Universität (Riad, Saudi-Arabien), des Argonne National Laboratory (USA) und der University of California, Berkeley (USA).

Bei ihren Experimenten ließen die Physiker Laserpulse aus dem sichtbaren Bereich des Spektrums auf Kryptonatome treffen. Die Lichtpulse mit einer Dauer von weniger als vier Femtosekunden schlugen aus den äußeren Schalen der Atome jeweils ein Elektron heraus (eine Femtosekunde ist ein Millionstel einer milliardstel Sekunde).

Nachdem ein Laserpuls aus einem Atom ein Elektron herausgeschlagen hat, wird das Atom zum positiv geladenen Ion. An der Stelle, an der das Elektron das Atom verlassen hat entsteht ein positiv geladenes Loch. Quantenmechanisch gesehen pulsiert dieser freie Platz nun im Atom weiter als sogenannte Quantenschwebung.

Das Pulsieren konnten die Physiker nun mit einem zweiten Lichtpuls, der nur noch rund 150 Attosekunden dauerte und sich im Extremen ultravioletten Licht befand, direkt beobachten, also quasi fotografieren. Es stellte sich heraus, dass sich die Position des Lochs im Ion, also der positiv geladenen Stelle, sich innerhalb von nur rund sechs Femtosekunden zyklisch zwischen einer langgestreckten keulenartigen und einer kompakten zusammengezogenen Form hin und her bewegt. „Damit ist es uns zum ersten Mal gelungen, die Veränderung einer Ladungsverteilung in einem Atom direkt aufzuzeichnen“, erklärt Dr. Eleftherios Goulielmakis, Forschungsgruppenleiter im Team von Prof. Krausz.

„Mit unseren Experimenten haben wir einen einzigartigen Echtzeit-Einblick in den Mikrokosmos erhalten“, erläutert Ferenc Krausz. „Wir haben erstmals die quantenmechanischen Vorgänge in einem ionisierten Atom mit Attosekunden-Lichtblitzen aufgezeichnet.“ Die Erkenntnisse der LAP-Forscher helfen, die Dynamik von Elementarteilchen außerhalb des Atomkerns besser zu verstehen. Diese blitzschnelle Dynamik ist vor allem verantwortlich für den Ablauf biologischer und chemischer Prozesse.

Ein genaueres Wissen um diese Vorgänge wird künftig zur besseren Kenntnis der mikroskopischen Ursachen der Entstehung schwerer Krankheiten führen. Ebenso dient das Verständnis der ultraschnellen Prozesse zur schrittweisen Beschleunigung der elektronischen Datenverarbeitung in Richtung der ultimativen Grenzen der Elektronik. [Thorsten Naeser]

Weiteres Bildmaterial zum Thema ist erhältlich unter:
http://www.attoworld.de/Home/newsAndPress/BreakingNews/index.html
Originalveröffentlichung:
Eleftherios Goulielmakis, Zhi-Heng Loh, Adrian Wirth, Robin Santra, Nina Rohringer, Vladislav S. Yakovlev, Sergey Zherebtsov, Thomas Pfeifer, Abdallah M. Azzeer, Matthias F. Kling, Stephen R. Leone und Ferenc Krausz.
“Real-time observation of valence electron motion”,
Nature, 5. August 2010,Doi:10.1038/nature09212
Weitere Informationen erhalten Sie von:
Prof. Ferenc Krausz
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching
Tel: +49 89 32905-612
Fax: +49 89 32905-649
E-Mail: ferenc.krausz@mpq.mpg.de
http://www.attoworld.de
Dr. Eleftherios Goulielmakis
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching
Tel: +49 89 32 905-632
Fax: +49 89 32 905-200
E-mail: elgo@mpq.mpg.de
Dr. Olivia Meyer-Streng
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Tel.: +49 - 89 / 32905 - 213
E-Mail: olivia.meyer-streng@mpq.mpg.de

Dr. Olivia Meyer-Streng | idw
Weitere Informationen:
http://www.attoworld.de
http://www.mpq.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MADMAX: Ein neues Experiment zur Erforschung der Dunklen Materie
20.10.2017 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung
20.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise