{"id":39468,"date":"2019-10-01T17:03:44","date_gmt":"2019-10-01T15:03:44","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=39468"},"modified":"2019-10-04T17:04:09","modified_gmt":"2019-10-04T15:04:09","slug":"beyond-einstein-raetsel-um-photonen-impuls-geloest","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/beyond-einstein-raetsel-um-photonen-impuls-geloest\/","title":{"rendered":"Beyond Einstein: R\u00e4tsel um Photonen-Impuls gel\u00f6st"},"content":{"rendered":"<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter is-resized\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2019\/10\/blog_PM_beyond-einstein.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-39469\" width=\"650\" height=\"450\" srcset=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2019\/10\/blog_PM_beyond-einstein.jpg 650w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2019\/10\/blog_PM_beyond-einstein-300x208.jpg 300w\" sizes=\"(max-width: 650px) 100vw, 650px\" \/><figcaption>Foto des COLTRIMS-Reaktionsmikroskops, das Alexander Hartung im Rahmen seiner Doktorarbeit aufgebaut hat, in der Experimentierhalle des FB Physik. Copyright: Alexander Hartung<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p><em><strong>Physiker der Goethe-Uni messen winzigen Effekt mit neuer super-COLTRIMS Apparatur\/ Publikation in Nature Physics<\/strong><\/em>.<\/p>\n\n\n\n<p>Den Nobelpreis erhielt Albert Einstein f\u00fcr die Erkl\u00e4rung des  Photoeffekts:  In seiner intuitivsten Form wird dabei ein einzelnes Atom mit Licht  bestrahlt. Laut Einstein besteht das Licht aus Teilchen (Photonen), die  ihre Energie nur gequantelt auf ein Elektron des Atoms \u00fcbertragen.  Reicht die Energie der Photonen aus, so schlagen  sie das Elektron aus dem Atom heraus. Aber wohin geht dabei der Impuls  der Photonen? Physiker der Goethe-Universit\u00e4t konnten diese Frage nun  beantworten. Daf\u00fcr entwickelten und bauten sie ein neues Spektrometer  mit bisher unerreichter Aufl\u00f6sung. <\/p>\n\n\n\n<p>Doktorand\n Alexander Hartung ist \u00fcber den Bau der Apparatur zweimal Vater \ngeworden. In dem drei Meter langen und 2,50 Meter hohen Ger\u00e4t\n stecken ungef\u00e4hr so viele Teile wie in einem Auto. In der \nExperimentierhalle der Physik auf dem Campus Riedberg ist es von einem \nblickdichten schwarzen Zelt umgeben, in dessen Innerem sich ein extrem \nleistungsf\u00e4higer Laser befindet. Seine Photonen treffen\n in der Apparatur auf einzelne Argon-Atome, denen sie jeweils ein \nElektron entrei\u00dfen. Der Impuls dieser Elektronen zum Zeitpunkt des \nAufbrechens wird in einer langen R\u00f6hre der Apparatur mit extrem hoher \nPr\u00e4zision gemessen.\n<\/p>\n\n\n\n<p>Bei\n dem Ger\u00e4t handelt es sich um eine Weiterentwicklung des in Frankfurt \nerfundenen und inzwischen weltweit verbreiteten COLTRIMS-Prinzips:\n Es besteht darin, einzelne Atome zu ionisieren oder Molek\u00fcle \naufzubrechen und anschlie\u00dfend den Impuls der Bruchst\u00fccke exakt zu \nbestimmen. Allerdings ist der laut theoretischen Berechnungen erwartete \n\u00dcbertrag des Photonen-Impulses auf Elektronen so klein, dass\n er bisher nicht gemessen werden konnte. Deshalb hat Hartung das \u201esuper \nCOLTRIMS\u201c gebaut.\n<\/p>\n\n\n\n<p>Wenn\n viele Photonen aus einem gepulsten Laser auf ein Argon-Atom \neinprasseln, wird dieses ionisiert. Die Energie der Photonen wird dabei \nteilweise zum Aufbrechen\n des Atoms verbraucht. Die \u00fcbrige Energie geht auf das freigesetzte \nElektron \u00fcber. Die Frage, bei welchem Reaktionspartner (Elektron und \nAtomkern) dabei der Impuls der Photonen bleibt, besch\u00e4ftigt Physiker \nseit \u00fcber 30 Jahren. \u201eDie einfachste Idee w\u00e4re: Solange\n das Elektron gebunden ist, geht der Impuls auf das schwere Teilchen, \nalso den Atomkern, \u00fcber. Sobald es frei ist, geht der Photonen-Impuls \nauf das Elektron \u00fcber\u201c, erkl\u00e4rt Hartungs Doktorvater Prof. Reinhard \nD\u00f6rner vom Institut f\u00fcr Kernphysik. Das w\u00e4re etwa\n so, wie Wind, der seinen Impuls auf das Segel eines Boots \u00fcbertr\u00e4gt. \nSolange das Segel fest ist, treibt der Windimpuls auch das Boot voran. \nIn dem Moment, in dem die Leinen rei\u00dfen, geht der ganze Windimpuls nur \nnoch auf das Segel \u00fcber.<\/p>\n\n\n\n<p>Die\n Antwort, die Alexander Hartung in seinem Experiment gefunden hat, ist \naber \u2013 wie man es von der Quantenmechanik kennt \u2013 noch \u00fcberraschender: \nDas Elektron\n bekommt nicht nur den erwarteten Impuls, sondern auch noch ein Drittel \ndes Photonenimpulses, der eigentlich auf den Atomkern h\u00e4tte \u00fcbergehen \nsollen. Das Segel des Boots \u201ewei\u00df\u201c also bereits vor dem Rei\u00dfen der Seile\n von dem nahenden Ungl\u00fcck und klaut dem Boot\n etwas von dessen Impuls. Um das Ergebnis genauer zu erkl\u00e4ren, greift \nHartung auf das Bild des Lichts als elektromagnetische Welle zur\u00fcck: \n\u201eWir wissen, dass die Elektronen eine schmale Energiebarriere \ndurchtunneln. Dabei zieht sie das starke elektrische Feld\n des Laserlichts vom Atomkern weg, w\u00e4hrend das magnetische Feld den \nElektronen diesen zus\u00e4tzlichen Impuls \u00fcbertr\u00e4gt.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p>F\u00fcr\n das Experiment verwendete Hartung eine geschickte Messanordnung: Um \nsicher zu gehen, dass der kleine Zusatzimpuls der Elektronen nicht \nversehentlich durch\n eine Asymmetrie in der Apparatur erzeugt wird, hat er den Laserpuls von\n zwei Seiten auf das Gas treffen lassen \u2013 mal nur von rechts oder links,\n und dann gleichzeitig, was die gr\u00f6\u00dfte Herausforderung an die \nMesstechnik darstellte. Diese neue Art der Pr\u00e4zisionsmessung\n verspricht, die bisher unerforschte Rolle der magnetischen Komponente \ndes Laserlichts in der Atomphysik tiefgreifend zu verstehen.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-background has-very-light-gray-background-color\"><strong>Publikation: <\/strong>A.  Hartung, S. Eckart, S. Brennecke, J. Rist, D. Trabert, K. Fehre, M.  Richter, H. Sann, S. Zeller, K. Henrichs, G. Kastirke, J. Hoehl, A.  Kalinin, M. S. Sch\u00f6ffler, T. Jahnke, L. Ph. H. Schmidt, M. Lein, M.  Kunitski, R. D\u00f6rner: Magnetic fields alter tunneling in  strong-field ionization, in: Nature Physics, doi: 10.1038\/s41567-019-0653-y.<\/p>\n\n\n\n<p><strong><em>Quelle: Pressemitteilung vom 01. Oktober 2019<\/em><\/strong><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Physiker der Goethe-Uni messen winzigen Effekt mit neuer super-COLTRIMS Apparatur\/ Publikation in Nature Physics. 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