Versuchen Sie nicht einmal, eine Zeptosekunde mit einer herkömmlichen Stoppuhr zu erfassen. Diese winzige Zeitspanne ist ein Bruchteil einer Sekunde - so klein, dass sie einer einzelnen Zahl 1 entspricht, die 21 Stellen hinter dem Komma sitzt, eine Billionstel-Milliardstel-Sekunde, berichtet Rebecca Boyle von New Scientist . Und Forscher des Max-Plank-Instituts in Deutschland haben schließlich kleinste Veränderungen innerhalb eines Atoms im Zeptosekundenbereich gemessen.
Dies gelang den Forschern, als sie den sogenannten photoelektrischen Effekt in Aktion untersuchten. Albert Einstein beschrieb diese knifflige Eigenart des Lichts im Jahr 1905 und gewann später den Nobelpreis für Physik für seine Erklärung dieses prägenden Konzepts. Der photoelektrische Effekt zeigt, dass Licht sowohl als Welle als auch als Partikel wirken kann. Wenn ein Photon oder ein Lichtteilchen einer bestimmten Energie auf ein Elektron trifft, kann es das Elektron von seinem Atom befreien. Das Photon stößt das Elektron in einem als Photoemission bezeichneten Prozess aus, der die Grundlage für Sonnenenergie darstellt.
Jetzt haben die Forscher tatsächlich die Elektronenemission von Heliumatomen erfasst und die winzige Zeit gemessen, die erforderlich ist, um das Elektron nach dem Auftreffen der Photonen auszustoßen. Um das Ereignis zu messen, benutzte der Physiker ein Gerät namens Attosekunden-Streifenkamera, das aus zwei Lasern mit unterschiedlichem Licht besteht, die in extrem kurzen Schüben feuern, schreibt Stewart Wills bei Optics and Photonics News. Die Forscher richteten die Kamera auf einen Heliumstrahl - ein relativ einfaches Gas, das aus Atomen mit jeweils nur zwei Elektronen besteht.
Der erste Laser war ein extrem ultravioletter Strahl, der das Helium so weit anregen sollte, dass es eines seiner Elektronen abgibt und in Impulsen von 100 Attosekunden (eine Attosekunde entspricht lediglich 10 bis 18 Sekunden) zündet . Der zweite Laser befand sich im nahen Infrarot und wurde verwendet, um die austretenden Elektronen in Aktion einzufangen, wobei jeweils vier Femtosekunden lang gezündet wurden (eine einzelne Femtosekunde beträgt nur 10-15 Sekunden).
Als das Heliumatom ein Elektron ausstieß, erkannte der Infrarotlaser die Emission, sodass die Forscher die Dauer des Ereignisses auf 850 Zeptosekunden genau berechnen konnten. Das Experiment zeigte, dass es zwischen 7 und 20 Attosekunden dauert, bis das Heliumatom eines seiner Elektronen ausgestoßen hat, berichtet Boyle. Die Ergebnisse der Studie wurden diese Woche in der Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht.
Die Ergebnisse des Experiments geben den Forschern einen Einblick in die Funktionsweise dieses Quantenprozesses, schreibt Boyle und könnte eines Tages für das Quantencomputing und die Supraleitung nützlich sein.
„Es gibt immer mehr als ein Elektron. Sie interagieren immer. Sie werden sich auch aus großer Entfernung immer wieder spüren “, sagt Teamleiter Martin Schultze zu Boyle. „Viele Dinge wurzeln in den Wechselwirkungen einzelner Elektronen, aber wir behandeln sie als eine kollektive Sache. Wenn Sie wirklich ein mikroskopisches Verständnis von Atomen entwickeln wollen, müssen Sie auf der grundlegendsten Ebene verstehen, wie Elektronen miteinander umgehen. “
Schultze sagt Wills, dass das Team Helium, eines der einfachsten Atome, verwendet, um ihre Methoden zu validieren und Messungen für die Wechselwirkung mehrerer Elektronen und Photonen zu erstellen. Das Herausarbeiten dieser winzigen Zeitleisten mit einfachen Atomen ist der erste Schritt, um mehr Atome mit mehr Elektronen zu verstehen.
