Geteiltes Elektron blitzt im Streifflug auf

  • 12. November 2010

Ultrakurze Laserpulse lassen sich vielleicht auf vielfältigere Weise erzeugen als bisher gedacht.

Wissenschaftler sind auf verschiedene Arten von Strahlung angewiesen, wenn sie Materialien oder Prozesse in Molekülen analysieren. Dabei schneiden sie die Eigenschaften ihrer Lichtquellen auf das jeweilige Experiment zu und versuchen ständig, diese zu optimieren. Viele dieser Verfahren beruhen auf dem Prinzip, dass Materie von einer passenden Lichtquelle bestrahlt oder durchleuchtet wird, und das reflektierte oder gestreute Licht dann ein Abbild der Materiestruktur liefert. Diese Methode stößt jedoch bei sehr kleinen, komplexen Objekten mit sich zeitlich sehr rasch ändernden Strukturen an ihre Grenzen. Ultrakurze Prozesse, die in der Tiefenstruktur einzelner Moleküle oder gar Atome ablaufen, lassen sich damit nicht mehr auflösen.

Abb.: Zwei Teile ein und desselben Elektrons (hier rot und blau) interferieren beim Auftreffen auf ein Atom und senden dabei einen hochfrequenten laserartigen (kohärenten) Lichtblitz aus. (Bild: Markus Kohler, Max-Planck-Institut für Kernphysik)

Vielleicht könnte dem bald Abhilfe geschaffen werden. Zumindest den Berechnungen zufolge, die Forscher um Thomas Pfeifer am Max-Planck-Institut für Kernphysik angestellt haben. Demnach können zwei freie Teilwellen ein und desselben Elektrons ultrakurze Laserblitze erzeugen, wenn sie Atome oder Moleküle nur streifen. Dabei spüren sie zwar das Potenzial der Teilchen, werden aber nicht von ihm eingefangen. Bisher waren die Forscher davon ausgegangen, dass das Elektron mit dem Atomrumpf rekombinieren muss, um diese Art der Strahlung freizusetzen. Außerdem muss das Atom oder Molekül, dessen Potenzial die freien Elektronenwellen durchlaufen, nicht einmal ionisiert sein, um diesen Effekt hervorzurufen.

"Dies eröffnet ganz neue Möglichkeiten zur Strukturanalyse von hochkomplexen Molekülen", sagt Pfeifer. "Denn die emittierten ultrakurzen Laserblitze enthalten Informationen über den räumlichen Potenzialverlauf auch im tiefen Innern eines Atoms oder Moleküls." Die so erzeugte Strahlung könnten Forscher somit selbst schon als Sonde für die Potenzialstruktur verwenden, und dies ohne in sie einzugreifen und diese womöglich zu verändern.

Max-Planck-Gesellschaft / AL


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