Unglaublich: Billionstel einer Milliardstel Sekunde
Physiker des Max-Planck Instituts für Quantenoptik in Garching (MPQ) um Marcus Ossiander, der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und der TU Wien haben erstmals ein inneratomares Geschehen mit einer Genauigkeit von Billionsteln einer Milliardstel Sekunde aufgezeichnet.
Den theoretischen Teil der Forschungsarbeit übernahm das Team von Prof. Joachim Burgdörfer an der TU Wien, das auch die ursprüngliche Idee für das Experiment entwickelt hatte. Der experimentelle Teil wurde am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching durchgeführt. Die Ergebnisse wurden nun im Fachjournal „Nature Physics“ publiziert. Wenn Licht auf Elektronen von Atomen trifft, verändert sich ihr Zustand in unvorstellbar kurzen Zeiträumen. Ein solches Phänomen, nämlich das der Photo-Ionisation, bei dem beispielsweise ein Elektron ein Heliumatom nach Lichtanregung verlässt, haben Laserphysiker der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck Instituts für Quantenoptik erstmals mit Zeptosekunden-Genauigkeit gemessen. Eine Zeptosekunde ist ein Billionstel einer Milliardstel (10-21) Sekunde. Das ist die höchste Genauigkeit der Zeitbestimmung eines Ereignisses im Mikrokosmos, die jemals erreicht wurde und zudem die erste absolute Bestimmung des Zeitpunktes der Photo-Ionisation.
Trifft Licht auf die zwei Elektronen eines Heliumatoms, dann muss man unheimlich schnell sein, um das Geschehen zu beobachten. Abgesehen von den ultrakurzen Zeiträumen, in denen sich Veränderungen abspielen, kommt die Quantenmechanik ins Spiel. Trifft ein Lichtteilchen (Photon) auf die zwei Elektronen, kann es nämlich sein, dass die gesamte Energie des Photons entweder von dem einen Elektron aufgenommen wird oder aber dass eine Aufteilung stattfindet. In jedem Fall der Energieübertragung aber verlässt ein Elektron das Heliumatom. Diesen Vorgang nennt man Photo-Emission oder photoelektrischen Effekt. Albert Einstein hatte ihn Anfang des vergangenen Jahrhunderts entdeckt.
Von dem Zeitpunkt an, wenn das Photon mit den Elektronen wechselwirkt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Elektron das Atom verlässt, dauert es zwischen fünf und fünfzehn Attosekunden (1 as ist 10-18 Sekunden). Das haben die Physiker bereits vor einigen Jahren herausgefunden (Science vom 25. Juni 2010).
Folgt: 850 Zeptosekunden