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<>Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, das Innere eines Wasserstoffatoms zu fotografieren. Das Experiment hat die Grenzen dessen verschoben, was Quantenphysiker für möglich hielten, und könnte Forschern in Zukunft helfen, ultraschnelle elektronische Komponenten zu entwickeln. Die niederländischen Forscher nutzten einen Laser und ein Mikroskop, um in das Innere des Atoms zu blicken, schreibt descopera.ro. Solche Bilder wurden noch nie zuvor aufgenommen, weil bei allen bisherigen Experimenten dieser Art die Teilchen zerstört wurden, die die Wissenschaftler zu fotografieren versuchten.
Die Wissenschaftler verwendeten eine spezielle Linse, die das Bild bis zu 20.000-fach vergrößert und so ein sogenanntes „Quantenmikroskop“ entstand. Die Quantentheorie beschreibt das Verhalten eines Teilchens mit Hilfe der sogenannten Wellenfunktion – eine mathematische Art, das Verhalten von Teilchen in Raum und Zeit zu beschreiben.
Die Messung einer Wellenfunktion ist sehr schwierig, da sie zerbrechlich sind. Die meisten Versuche, Wellenfunktionen direkt zu beobachten, zerstören sie in einem Prozess, der als Kollaps bezeichnet wird. Die experimentelle Messung der Eigenschaften einer Wellenfunktion erfordert also, sie aus verschiedenen Messungen – alle destruktiv – zu rekonstruieren, die an verschiedenen Atomen oder Molekülen durchgeführt und in identische Zustände gebracht wurden, bevor sie gemessen werden.
Physikern der niederländischen Stiftung für Grundlagenforschung an der Materie in Amsterdam ist es jedoch gelungen, dieses Problem zerstörungsfrei anzugehen und ihre Ergebnisse in Physical Review Letters zu veröffentlichen. Die Forscher beschossen Wasserstoffatome in einem Gehäuse mit zwei Laserstrahlen, energetisierten die Elektronen und brachten sie dazu, sich in Richtungen und Geschwindigkeiten zu bewegen, die von ihren Wellenfunktionen abhingen. Ein starkes elektrisches Feld, das im Inneren des Gehäuses angelegt wurde, veränderte die Flugbahnen der Elektronen in einer Weise, die von ihren Anfangsgeschwindigkeiten abhing. Das Verhalten der Elektronen wurde mit Hilfe eines Detektors gemessen; Ihre Verteilung beim Erreichen des Detektors entsprach den Wellenfunktionen, die die Elektronen zu dem Zeitpunkt besessen hatten, als sie die elektronische Hülle des Wasserstoffatoms verlassen hatten. Das Gerät stellte die Verteilung von Elektronen auf einem phosphoreszierenden Schirm in Form von hellen und dunklen Ringen dar, die die Forscher mit einer hochauflösenden Digitalkamera fotografierten.
Die Entwicklung dieser Technik könnte die Erforschung einiger Quanteneigenschaften erleichtern – die aufgrund der sehr kleinen Skala, in der alles geschieht, schwer zu untersuchen sind – und die Entwicklung neuer Technologien auf atomarer und molekularer Ebene anregen.
Wasserstoff wurde aufgrund seiner einfachen Struktur gewählt; Es ist noch nicht bekannt, ob sich das Verfahren auf Partikel mit einer komplexeren Struktur anwenden lässt.
Quelle: jurnalul.ro