Wissenschaftler beobachten erstmals Elektronen beim Tunneln
Zum ersten Mal haben Forscher Elektronen beobachtet, die sich unter Einfluss der Energie eines Lasers durch das Bindungspotenzial eines Atoms tunneln. Die Arbeit wurde von der EU zum Teil unter dem Marie-Curie-Bereich des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) gefördert und in der Zeitschrift "Nature" veröffentlicht. Normalerweise binden starke Kräfte Elektronen in ihrem Raum rund um den Kern von Atomen. Ein Versuch, diese Kraft zu überwinden, ist wie das Erklimmen eines steilen Berges. In der Quantenphysik geht das jedoch auch anders: Mit etwas Hilfe der Energie eines Laserfeldes können Elektronen durch den "Berg" tunneln und sich so befreien. Dieser Tunnelprozess ist so schnell (er dauert nur einige 100 Attosekunden, wobei eine Attosekunde ein Billiardstel einer Billiardstel Sekunde ist), dass Wissenschaftler bisher noch keine Mittel hatten, diesen Prozess in Echtzeit zu beobachten. Zusammen mit Kollegen aus Deutschland, Österreich, den Niederlanden und Russland zielte Ferenc Krausz vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik mit einem nur 250 Attosekunden dauernden UV-Puls, der mit den Wellenzügen des roten Laserpuls synchronisiert war, auf Neonatome. Die Forscher konnten die Zahl der Neonionen messen, die während dieses sehr kurzen Zeitintervalls ein Elektron entkommen ließen, und beobachteten so den Tunnelprozess indirekt. "Die Experimente gewähren nicht nur zum ersten Mal einen Einblick in die Dynamik des Elektronen-Tunnelns", sagte Professor Krausz. "Wir haben zudem gezeigt, dass sich die Bewegung von Elektronen in Atomen oder Molekülen mit Hilfe des Laserfeld-induzierten Tunnelns in Echtzeit beobachten lässt."' Die Forscher hoffen, dass die Erkenntnisse darüber, wie sich Elektronen unter diesen Bedingungen verhalten, zu neuen Entwicklungen in der Mikroelektronik, der Entwicklung kompakter brillanter Röntgenquellen, Abbildung biologischer Objekte und der Strahlentherapie führen werden.
Länder
Österreich, Deutschland, Niederlande, Russland