Elektron beim Absprung erwischt

Neuartige Experimente, die ultraschnelle Licht-Blitze einsetzen, revolutionieren derzeit die Laser­forschung in der Physik. Sie liefern beispiel­lose Einblicke in die Materie – in die Struktur und Dynamik von Elektronen in Atomen, Molekülen und in kondensierten Phasen. Mit einem Attosekunden-Experiment ist es jetzt Physikern der Waseda-Universität in Japan, des National Research Council in Kanada und des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeit­spektroskopie (MBI) in Berlin gelungen, die Wellenfunktion eines ionisierten Elektrons komplett zu messen und zu beschreiben. Dieser Grad an Perfektion, den das Experiment erreicht, ist in diesem Forschungs­bereich bislang einmalig.

Attosekunden-Lichtpulse ermöglichen es, die Zustände der Materie umfassend zu verändern. In dem Experiment gelang es den Wissenschaftlern, die Quantenzahlen eines freigesetzten Elektrons – oder auch: die Wellenfunktion eines frei­gesetzten Elektrons – komplett zu messen und mathematisch zu beschreiben. Daher spricht man auch von einem perfekten Attosekunden-Experiment.

„Die Attosekunden-Forschung ist noch sehr jung“, erklärt Marc Vrakking, Direktor am MBI. „Erst durch die modernste Laser-Forschung haben wir die Möglichkeit, solche neuartigen Experimente mit ultrakurzen Licht­impulsen durchzuführen und so umfassend die hierdurch verursachten Veränderungen in der Materie zu messen. Unsere Ergebnisse liefern einen wichtigen Beitrag für die Grundlagen­forschung zur Quanten­physik.“

Elektronen sind Elementarteilchen, die Elektrizität erst möglich machen. Die Ionisation ist beispielsweise die Grundlage für Solar­zellen. Das Sonnenlicht löst Elektronen aus dem Silizium heraus und setzt hierdurch einen Stromfluss in Gang. Im Experiment werden Laser­blitze eingesetzt, um Elektronen freizusetzen und die hierdurch veränderten Materie­zustände zu messen sowie zu beschreiben.

MBI / DE