Überblick

Die Sonde aus der Antiwelt 

Mit Positronen lassen sich Fehlstellen in Kristallen aufspüren und elektronische Strukturen bestimmen.

  • Christoph Hugenschmidt
  • 04 / 2018 Seite: 33

Innerhalb der letzten Jahre hat sich die Physik mit Positronen dank hoher Strahlintensitäten rasant entwickelt. Das führte sowohl in der Festkörperphysik als auch in der Grundlagenforschung zu zahlreichen neuen Erkenntnissen. Prominente Beispiele dieser Erfolgsgeschichte sind die Untersuchung von Hochtemperatur-Supraleitern und die Optimierung funktionaler Materialien für die Energietechnik und Spintronik.

Als Werner Heisenberg 1933 die Teilchenspuren betrachtete, die Carl David Anderson aufgenommen hatte, war er begeistert: „Wenn das Teilchen auf der Nebelkammeraufnahme wirklich das Dirac‘sche Positron war, so war damit das Tor zu einem ungeheuer weiten Land geöffnet.“ Heute ist das Tor nicht nur durchschritten, sondern auch das Neuland in weiten Teilen erkundet. Denn die Positronen aus der Antiwelt helfen dabei, Festkörper besser zu verstehen und Materialien beispielsweise für die Photovoltaik zu optimieren. Für die Grundlagenforschung sind Posi­tronen als Antiteilchen der Elektronen in vielerlei Hinsicht interessant: Sie könnten gemeinsam sogar ein Bose-Einstein-Kondensat bei Raumtemperatur bilden.

Trifft das Positron ein Elektron, wird die gesamte Ruhemasse in Strahlungsenergie umgewandelt: E = 2m0c2 = 1022 keV. Bereits kurz nach der Entdeckung des „Anti-Elektrons“ zeigte sich, dass die Energie und die Richtungsabhängigkeit der Annihilationsquanten stark von der lokalen Umgebung des Anni­hilationsorts abhängen. Das gilt auch für die Lebens­dauer der Positronen. Seit diese Prozesse gut verstanden sind, lässt sich aus den Zerstrahlungsparametern auf die Eigen­schaften von Festkörpern schließen. Das Positron hilft durch seine außergewöhnlichen Sondeneigenschaften, die elektronische Struktur von Kristallen zu untersuchen und vorhandene Defekte zu charakterisieren. In jüngerer Zeit treten dabei Experimente mit polarisierten Positronen und die Entwicklung hochintensiver Positronen­strahlen in den Fokus...

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