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Paartanz der Elektronen

08.06.2000 - (idw) Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt (Main)

Frankfurter und Marburger Wissenschaftlern gelingt wichtiges Grundlagenexperiment in der Atomphysik

FRANKFURT. Einem Team von Wissenschaftlern der Universitäten Frankfurt und Marburg ist ein bedeutsames Grundlagenexperiment zum Verhalten von Atomen in sehr starken Laserfeldern gelungen. Das berichtet die Zeitschrift "Nature" in ihrer Ausgabe vom 8. Juni.

Atome lassen sich mit Laserlicht aufbrechen. Dieser Prozess wird unter anderem in der Medizin bei Operationen und in der Technik zum Schneiden von Materialien eingesetzt. In extrem starkem Laserlicht verlieren zum Beispiel Argon-Atome ihre Elektronen jedoch nicht nacheinander wie lange angenommen, sondern paarweise. Die Elektronen des Argons bewegen sich ähnlich wie Stahlkugeln auf einem Tablett periodisch hin und her. Das Laserlicht erhöht dabei den Neigungswinkel des gedachten Tabletts. Bevor nun eine Stahlkugel das Ende des Tabletts erreicht, neigt sich dieses schon wieder zur anderen Seite, und die Kugel rollt zurück. Dabei kann sie mit ihrem Schwung auf eine zweite Kugel stoßen und beide fallen gemeinsam herunter. Da sich Elektronen unter normalen Umständen gegenseitig abstoßen, also in entgegengesetzte Richtungen bewegen, handelt es sich hierbei um eine sehr ungewöhnliche Entdeckung. Wenn die Wissenschaftler die Intensität des Laserlichts (und damit den Neigungswinkel des gedachten Tabletts) weiter erhöhen, werden die Elektronen sogar unabhängig voneinander aus den Argon-Atomen gerissen.

Die Arbeitsgruppe um Dr. Reinhard Dörner, Institut für Kernphysik der Universität Frankfurt, inzwischen Universität Freiburg, betreibt einen Detektor, der es erlaubt, die Bewegung der Elektronen und des positiv geladenen Atomkernrestes aufzuspüren. Dieses neuartige Mikroskop zur Untersuchung von atomaren Bewegungen wurde in zehnjähriger Forschungsarbeit am Institut für Kernphysik der Universität Frankfurt unter der Leitung von Professor Dr. Horst Schmidt-Böcking mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des Bundesministeriums für Bildung und Forschung entwickelt. Für seine Leistungen bei der Entwicklung des Detektors wurde Professor Dr. Joachim Ullrich, früher Institut für Kernphysik der Universität Frankfurt, seit 1997 in Freiburg, 1999 mit dem Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis der DFG ausgezeichnet.

Die für das atom-physikalische Grundlagenexperiment notwendige Energiedichte von etwa einer Billiarde Watt pro Quadratzentimeter leistet der Titan-Saphir-Laser, mit dem die Arbeitsgruppe um Dr. Harald Giessen, Fachbereich Physik der Universität Marburg, arbeitet. Die Marburger Physiker können extrem kurze Laserpulse mit einer Dauer von einem Zehntausendstel einer Milliardstel Sekunde erzeugen. Darüber hinaus sind sie in der Lage, das Laser-licht auf eine so kleine Fläche zu fokussieren, dass sie damit mehrere Löcher nebeneinander auf eine Haares-breite brennen könnten.

Da der Frankfurter Detektor transportabel ist, wurde er kurzerhand nach Marburg gebracht. Nach sechs Wochen gemeinsamer Arbeit hatten die Wissenschaftler genügend zerplatzte Argon-Atome gezählt, um sie statistisch auswerten zu können und das Modell von der gepaarten Bewegung der Elektronen in einem Laserblitz zu entwickeln.

Nähere Informationen: Dr. Reinhard Dörner, Institut für Kernphysik,
Telefon: 069/798 24218, Fax: 069/798 24212,
E-Mail: doerner@hsb.uni-frankfurt.de
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