Direkt zum Inhalt

Teilchenphysik: Atom im Millimetermaßstab erzeugt

Ausgehend von einem gewöhnlichen Kaliumatom schufen Physiker ein Analogon zum Bohrschen Atommodell. In diesem stark vereinfachten Bild eines Atoms umkreisen die negativ geladenen Elektronen den positiv geladenen Atomkern auf diskreten Umlaufbahnen – ähnlich wie Planeten ihren Stern.

Mit Hilfe von Lasern führten die Forscher um Barry Dunning von der Rice University in Houston Kaliumatomen Energie zu, so dass deren äußere Elektronen auf besonders hohe Energieniveaus gelangen konnten. In diesem so genannten Rydberg-Zustand befinden sich die angeregten Elektronen deutlich weiter vom Zentrum entfernt als im Grundzustand. Mit einer Reihe von gepulsten elektrischen Feldern gelang es dem Team dann, die Bewegung dieser Elektronen zu manipulieren und sie auf nahezu kreisförmige Umlaufbahnen um den Atomkern zu lenken.

Elektronenverteilung | Mit Hilfe von Laserstrahlen und elektrischen Feldern gelang es, ein Kaliumatom in eine Konfiguration zu zwingen, in der ein lokalisiertes Elektron den Atomkern in einem außergewöhnlich großen Abstand umrundet. Auf den Bildern ist die zeitliche Entwicklung der Elektronenverteilung dargestellt. Die manipulierten Atome erreichten einen Durchmesser von fast einem Millimeter.
Auf diese Weise wuchs das Atom auf rund einen Millimeter an und würde damit mit bloßem Auge sichtbar, vorausgesetzt es wäre lichtundurchlässig. Mit diesen Maßen verlässt es jedoch die Welt der Quantenmechanik und beginnt sich nach den Gesetzen der klassischen Mechanik zu verhalten – so wie von Bohr für sein Atommodell angenommen. Allerdings konnten die Forscher den Elektronen nur für wenige Bahnen das Verhalten eines klassischen Teilchens aufzwingen.

Im Jahr 1913 stellte der Physiker Niels Bohr das erste quantenphysikalische Modell eines Atoms vor. Zwar ließen sich die chemischen und optischen Eigenschaften von Materie damit besser verstehen als zuvor, doch standen Theorie und Experiment noch oft im Widerspruch. Abgelöst wurde sein Konzept schließlich von der Quantenmechanik. Diese weist Elektronen keine exakte Position im Atom zu, sondern nur eine bestimmte Aufenthaltswahrscheinlichkeit. (mp)

Lesermeinung

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

  • Quellen

Partnerinhalte