Wissenschaftler konnten erstmals das Innere eines Wasserstoffatoms fotografieren. Das Experiment ging über das hinaus, was Quantenphysiker für möglich hielten, und könnte Forschern helfen, in Zukunft ultraschnelle elektronische Komponenten zu entwickeln. Niederländische Forscher verwendeten einen Laser und ein Mikroskop, um in das Atom zu schauen, schreibt descopera.ro. Solche Bilder wurden noch nie zuvor aufgenommen, weil in allen bisherigen Experimenten dieser Art die beteiligten Prozesse die Teilchen zerstört hatten, die Wissenschaftler zu fotografieren versuchten.
Wissenschaftler haben eine spezielle Linse verwendet, die das Bild auf bis zu 20.000 AORI vergrößert und ein sogenanntes “Quantenmikroskop” erzeugt. Die Quantentheorie beschreibt das Verhalten eines Teilchens mit der sogenannten Wellenfunktion – einer mathematischen 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 Kollaps genannt wird. Die experimentelle Messung der Eigenschaften einer Wellenfunktion erfordert also den Wiederaufbau aus verschiedenen Messungen – alle destruktiv – an verschiedenen Atomen oder Molekülen, die vor der Messung in identische Zustände gebracht wurden.
Physikern der niederländischen Foundation for Fundamental Research on Matter in Amsterdam gelang jedoch ein zerstörungsfreier Ansatz für dieses Problem, indem sie ihre Ergebnisse in Physical Review Letters veröffentlichten. Die Forscher beschossen in einem Gehäuse Wasserstoffatome mit zwei Laserstrahlen, wodurch die Elektronen angeregt wurden und sie sich in Richtungen und Geschwindigkeiten bewegten, die von ihren Wellenfunktionen abhingen. Ein starkes elektrisches Feld, das innerhalb des Gehäuses angelegt wurde, veränderte die Flugbahnen der Elektronen in einer Weise, die von ihren Anfangsgeschwindigkeiten abhing. Das Verhalten von Elektronen wurde mit einem Detektor gemessen; Ihre Verteilung beim Erreichen des Detektors entsprach den Wellenfunktionen, die die Elektronen hatten, als sie die elektronische Hülle des Wasserstoffatoms verließen. Das Gerät stellte die Verteilung von Elektronen auf einem phosphoreszierenden Bildschirm in Form von hellen und dunklen Ringen dar, die die Forscher mit einer hochauflösenden Digitalkamera fotografierten.
Die Entwicklung dieser Technik könnte einige Quanteneigenschaften – die aufgrund der sehr kleinen Skala, auf der alles passiert – schwer zu untersuchen sind – leichter erforschbar machen und die Entwicklung neuer Technologien auf atomarer und molekularer Ebene anregen.
Wasserstoff wurde wegen seiner einfachen Struktur gewählt; Es ist noch nicht bekannt, ob die Methode auch auf Partikel mit komplexerer Struktur angewendet werden kann.
Quelle: jurnalul.ro