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Tunneleffekt erstmals sichtbar gemacht  
  Der Tunneleffekt ist ein Phänomen der Quantenwelt, bei dem Teilchen wie durch Geisterhand Energiebarrieren überwinden. Physiker haben diesen sonderbaren Effekt nun erstmals sichtbar gemacht.  
Das gelang mit Hilfe von ultrakurzen Laserpulsen im Attosekundenbereich, berichtet ein Team um Ferenc Krausz vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in München. Eine Attosekunde entspricht dem Milliardstel einer Milliardstelsekunde.
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"Attosecond real-time observation of electron tunnelling in atoms" von M. Uiberacker et al. erschien in "Nature" (Bd. 446, S. 627; doi:10.1038/nature05648).
->   Abstract
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Die Bergsteiger-Analogie
 
Bild: Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Der Tunneleffekt ist vergleichbar mit einer Wanderung über einen Bergkamm. In der normalen Welt muss der Alpinist, wenn er auf die andere Seite gelangen will, über den Kamm steigen oder riesige Umwege in Kauf nehmen um den Bergkamm zu umgehen.

Steht nicht genug Energie für die Überquerung oder Umgehung zur Verfügung, kann der Bergsteiger niemals auf die andere Seite gelangen. Nicht so in der Quantenwelt: Hier ist es möglich, dass ein Teilchen am Fuß des Berges verschwindet und augenblicklich auf der anderen Seite wieder auftaucht.

Von diesem Vergleich, der Bewegung durch einen - nicht vorhandenen - Tunnel am Fuße eines Berges, kommt auch der Name Tunneln. Im konkreten Fall beobachtete und manipulierte Kraus mittels seines Atto-Blitzlichts Elektronen, die sich kurzfristig aus der Anziehung des positiv geladenen Atomkerns befreiten.
Ein Zeit-Mikroskop
Die Atto-Sekundenblitze im Labor der Physiker funktioniert dabei wie eine Art Zeit-Mikroskop. Fotografen kennen das Problem: Will man ein sich schnell bewegendes Objekt scharf abbilden, benötigt man eine möglichst kurze Belichtungszeit.

Um die Bewegung eines Atoms in einem Molekül zu fotografieren, muss man bereits mit wenigen Femtosekunden (billiardstel Sekunden) fotografieren. Doch die Elektronen in angeregten Atomen sausen noch tausend Mal schneller von einem Energiezustand in den nächsten, typischerweise in der Zeit von zehn bis 1.000 Attosekunden.

Entsprechend kurz muss die Belichtungszeit sein, um solche Vorgänge zu beobachten. Um sich eine so kurze Zeitspanne vorstellen zu können, dient ein Vergleich: Wären 100 Attosekunden so lange wie eine Sekunde, würde eine Minute dem Alter des Universums (14 Milliarden Jahre) entsprechen.

[science.ORF.at/APA, 5.4.07]
->   Tunneleffekt - Wikipedia
->   Max-Planck-Institut für Quantenoptik
 
 
 
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01.01.2010