{"id":44740,"date":"2020-06-16T11:30:16","date_gmt":"2020-06-16T09:30:16","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=44740"},"modified":"2020-06-16T11:30:16","modified_gmt":"2020-06-16T09:30:16","slug":"atomphysik-strahlungsdruck-mit-rueckstoss","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/atomphysik-strahlungsdruck-mit-rueckstoss\/","title":{"rendered":"Atomphysik: Strahlungsdruck mit R\u00fccksto\u00df"},"content":{"rendered":"<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter is-resized\"><a href=\"https:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:IKAROS_solar_sail.jpg\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/a\/af\/IKAROS_solar_sail.jpg\/512px-IKAROS_solar_sail.jpg\" alt=\"IKAROS solar sail\" width=\"512\" height=\"410\"\/><\/a><figcaption><em>Andrzej Mirecki \/ CC BY-SA (https:\/\/creativecommons.org\/licenses\/by-sa\/3.0)<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>Licht \u00fcbt auf einen K\u00f6rper einen gewissen Druck aus: Sonnensegel\nk\u00f6nnten auf diese Weise k\u00fcnftige Raumsonden antreiben. Wenn ein Lichtteilchen\n(Photon) jedoch auf ein einzelnes Molek\u00fcl trifft und aus diesem ein Elektron\nherausschl\u00e4gt, so fliegt das Molek\u00fcl der Lichtquelle entgegen. Das haben jetzt\nAtomphysiker der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt erstmals beobachtet und damit 90\nJahre alte Theorien best\u00e4tigt. <\/p>\n\n\n\n<p>Bereits im 16. Jahrhundert postulierte der gro\u00dfe Gelehrte Johannes Kepler, dass das Sonnenlicht einen gewissen Druck aus\u00fcbt, zeigte doch der Schweif der von ihm beobachteten Kometen stets weg von der Sonne. 2010 nutzte die japanische Raumsonde Ikaros erstmals ein Sonnensegel, um durch die Kraft des Sonnenlichts ein wenig schneller zu werden.<\/p>\n\n\n\n<p>Physikalisch und intuitiv kann der Licht- oder Strahlungsdruck mit\nden Teilcheneigenschaften von Licht erkl\u00e4rt werden: Die Lichtteilchen\n(Photonen) prallen auf die Atome eines K\u00f6rpers und \u00fcbertragen einen Teil ihres\neigenen \u201eSchwungs\u201c (physikalisch: Impuls = Masse mal Geschwindigkeit) auf den\nK\u00f6rper, der dadurch schneller wird. <\/p>\n\n\n\n<p>Als Physiker im 20. Jahrhundert diese Impuls-\u00dcbertragung\nallerdings im Labor in Experimenten mit Photonen bestimmter Wellenl\u00e4ngen\nuntersuchten, die aus Atomen einzelne Elektronen herausschlugen, stie\u00dfen sie\nauf ein \u00fcberraschendes Ph\u00e4nomen: Der Impuls des herausgeschlagenen Elektrons\nwar gr\u00f6\u00dfer als der des ankommenden Photons. Dies ist eigentlich unm\u00f6glich, denn\nseit Isaac Newton ist bekannt, dass es in einem System f\u00fcr jede Kraft ein\ngleich gro\u00dfe, aber entgegengesetzte Kraft geben muss, quasi den R\u00fccksto\u00df. Daher\nfolgerte 1930 der M\u00fcnchener Wissenschaftler Arnold Sommerfeld, dass der\nzus\u00e4tzliche Impuls des wegfliegenden Elektrons von dem Atom stammen muss, das\nes zur\u00fcckl\u00e4sst. Dieses Atom m\u00fcsse in die entgegengesetzte Richtung und damit\nauf die Lichtquelle zu fliegen. Nachmessen konnte man das mit den damals\nverf\u00fcgbaren Instrumenten nicht.<\/p>\n\n\n\n<p>90 Jahre sp\u00e4ter ist es jetzt Physikern um den Doktoranden Sven\nGrundmann und Prof. Reinhard D\u00f6rner vom Institut f\u00fcr Kernphysik erstmals\ngelungen, diesen Effekt mit dem an der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt\nentwickelten COLTRIMS-Reaktionsmikroskop zu vermessen. Sie nutzten dazu\nR\u00f6ntgenlicht an den Beschleunigerzentren DESY in Hamburg und ESRF im\nfranz\u00f6sischen Grenoble, um aus Helium- und Stickstoffmolek\u00fclen Elektronen\nherauszuschlagen. Die Bedingungen w\u00e4hlten sie dabei so, dass daf\u00fcr jeweils nur\nein Photon pro Elektron gen\u00fcgte. Den Impuls von herausgeschlagenen Elektronen\nund der nunmehr geladenen Helium- und Stickstoffatome \u2013 sie werden als Ionen\nbezeichnet \u2013 konnten Sie im COLTRIMS-Reaktionsmikroskop mit bislang\nunerreichter Genauigkeit bestimmen. <\/p>\n\n\n\n<p>Prof. Reinhard D\u00f6rner erl\u00e4utert: \u201eWir konnten nicht nur den Impuls\ndes Ions messen, sondern auch sehen, woher er kommt, n\u00e4mlich vom R\u00fccksto\u00df des\nherausgeschlagenen Elektrons. Wenn Photonen bei solchen Sto\u00dfexperimenten\nniedrige Energien haben, kann man rechnerisch den Photonenimpuls\nvernachl\u00e4ssigen. Bei hohen Photonen-Energien f\u00fchrt das allerdings zu\nUngenauigkeiten. In unseren Experimenten haben wir jetzt die energetische\nSchwelle bestimmen k\u00f6nnen, ab der der Photonenimpuls nicht mehr vernachl\u00e4ssigt\nwerden kann. Unser experimenteller Durchbruch erlaubt uns jetzt viele weitere\nFragen zu stellen, wie etwa die, was sich \u00e4ndert, wenn man die Energie auf zwei\noder mehr Photonen verteilt.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-background has-very-light-gray-background-color\"><strong>Publikation: <\/strong>Sven Grundmann, Max Kircher, Isabel Vela-Perez, Giammarco Nalin,\nDaniel Trabert, Nils Anders, Niklas Melzer, Jonas Rist, Andreas Pier, Nico\nStrenger, Juliane Siebert, Philipp V. Demekhin, Lothar Ph. H. Schmidt, Florian\nTrinter, Markus S. Sch\u00f6ffler, Till Jahnke, and Reinhard D\u00f6rner: <strong>Observation\nof Photoion Backward Emission in Photoionization of He and N2<\/strong>. Phys. Rev.\nLett. 124, 233201 <a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1103\/PhysRevLett.124.233201\">https:\/\/doi.org\/10.1103\/PhysRevLett.124.233201<\/a><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Licht \u00fcbt auf einen K\u00f6rper einen gewissen Druck aus: Sonnensegel k\u00f6nnten auf diese Weise k\u00fcnftige Raumsonden antreiben. 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