In unserer Alltagswelt prallt eine Blumenvase erst vom Boden zurück, nachdem sie diesen berührt hat – und vermutlich zerbrochen ist. In der Quantenwelt gibt es dagegen eine Art der Reflexion, die vollkommen ohne Bodenkontakt auskommt. Diese so genannte Quantenreflexion haben Gerard Meijer und seine Kollegen vom Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin nun mit Hilfe von äußerst fragilen Heliummolekülen unter Beweis gestellt.

Molekularstrahlapparatur
© FHI Berlin, B. S. Zhao
(Ausschnitt)
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In ihrem Experiment schossen die Wissenschaftler einen Strahl aus Heliummolekülen (He2) gegen eine harte Oberfläche. Normalerweise sollten die Dimere wegen ihrer enorm geringen Bindungsenergie aufbrechen, sobald sie auftreffen. Allerdings beobachteten Meijer und sein Team mehrere Moleküle, die völlig intakt zurückprallten. Dies werten sie als direkten Beweis dafür, dass Quantenreflexion auftrat: Bereits mehrere zehn Nanometer vor der Oberfläche wurden die Partikel reflektiert.

Die Heliummoleküle bewegen sich in diesem Fall also entgegengesetzt zur angreifenden Van-der-Waals-Kraft, die die Partikel zur Oberfläche zieht. Anders als in der klassischen Physik – also etwa im Fall der Blumenvase – ist eine solche Reflexion vor dem eigentlichen Umkehrpunkt in der Quantenmechanik durchaus möglich. Die Wahrscheinlichkeit dafür steigt für Teilchen mit einer verschwindend geringen Energie sogar auf nahezu eins. Erklären lässt sich dieses quantenmechanische Phänomen durch den Wellencharakter der Materie.

Bereits vor dem Experiment von Meijer und seiner Gruppe haben Forscher die Quantenreflexion beispielsweise für Neon und Heliumatome nachgewiesen. (mp)