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Kleinste Elektrische Ladung Gemessen

28.07.1999 - (idw) Weizmann Institut

Contact: Yivsam Azgad, Tel: 972 8 934 3857
email:yivsam@wisemail.weizmann.ac.il

In einem Experiment, das in Zeitschrift Nature
beschrieben wird, gelang es Wissenschaftlern des Weizmann
Instituts weltweit erstmals, eine elektrische Ladung zu messen,
die nur ein Fuenftel der Ladung eines Elektrons betraegt. Dies ist
die kleinste elektrische Ladung, die jemals gemessen wurde.

Vor etwa einem Jahr mass dieselbe Forschungsgruppe eine
Drittel-Elektronenladung. Dies galt als so revolutionaer, dass ein
weiterer Versuch unternommen wurde - diesmal mit einer anderen
"Elektronenfluessigkeit". Prof. Mordehai Heiblum von der Abteilung
Festkoerperphysik ist Leiter des Forscherteams, zu dem ausserdem
Dr. Michael Reznikov, Dr. Rafi de Picciotto, Dr. Tim Griffith, Dr.
Vladimir Umansky, Dr. Diana Mahalu und Dipl. Ing. Gregory Bunin
gehoeren.

Seit der amerikanische Physiker Robert Millikan vor 80 Jahren als
erster die Ladung eines Elektrons mass, gilt dieser Wert allgemein
als Grundeinheit jeder elektrischen Ladung. Im Jahr 1982 stellte
der US-amerikanische Physiker Robert Laughlin jedoch eine Theorie
vor, die das hoechst komplexe Zusammenwirken der Elektronen in
Elektronenfluessigkeiten auf eine einfache Weise erklaerte. Seine
Theorie ging von der bizarren Annahme aus, dass stark
wechselwirkende Elektronen sich wie imaginaere Teilchen verhalten
koennen, zwischen denen keinerlei Wechselwirkung besteht. Die
Ladung der imaginaeren Teilchen betraegt nach dieser Theorie stets
Bruchteile der Millikanschen Elektronenladung mit ungeradem
Nenner, d.h. ein Drittel, ein Fuenftel, ein Siebtel etc. einer
Elektronenladung.

Der erste Beweis fuer Laughlins Theorie kam vom Weizmann Institut,
als dem Team die Messung einer Drittel Elektronenladung gelang.

Dieser Nachweis spielte eine wichtige Rolle bei der Entscheidung,
Robert Laughlin, Horst L. Stoermer und Daniel C. Tsui 1998 mit dem
Nobelpreis in Physik auszuzeichnen.

Der Beweis war jedoch durch ein Elektronensystem erreicht worden,
dessen Leitwert ein Drittel des quantisierten Leitwerts betrug,
was einige Zweifel hervorrief. Es haette naemlich sein koennen,
dass die Messung auf irgendeine Weise den Leitwert und nicht die
Elektronenladung wiederspiegelte. Um diese Zweifel auszuraeumen,
fuehrte das Weizmann-Team ein weiteres Experiment durch, in dem es
gelang, eine noch kleinere Ladung zu messen, die ein Fuenftel
einer Elektronenladung betrug. Diese Messung wurde mit Hilfe eines
Systems erreicht, dessen Leitwert zwei Fuenftel des
Leitwertquantums betraegt. Die Tatsache, dass die Bruchteile der
Elektronenladung und des Leitwertquantums unterschiedlich sind,
beweist nun, dass in dem Experiment die Elektronenladung
unabhaengig vom Leitwert gemessen wurde.
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