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News: Renaissance des Teilchenmodells

Das Bohrsche Atommodell ist so schön anschaulich mit seinen Elektronen, die um den Atomkern flitzen wie Planeten um die Sonne. Das quantenmechanische Bild von Orbitalen, die nur Grenzen für die Wurzel aus Aufenthaltswahrscheinlichkeiten darstellen, verlangt dagegen recht unangenehme Anstrengungen im Hirn. Dabei müssen die Orbitale nur groß genug sein, schon lassen sich die Elektronen wieder als Tennisbälle beschreiben. Physikern ist es sogar gelungen, deren Weg experimentell zu verfolgen.
Daniel Kleppner und Neal Spellmeyer vom Massachusetts Institute of Technology haben Lithium-Atome mit Laser bestrahlt, um sie gewissermaßen "aufzublasen" (Physical Review Letters vom 24. August 1998). Die Energie hob bei einigen Atomen ein Elektron in ein räumlich großes Orbital, das sich tausendmal weiter erstreckte als die üblicherweise besetzten Orbitale. Zusätzlich legten die Wissenschaftler ein oszillierendes elektrisches Feld an, daß an den Elektronen "zerrte", sowie ein konstantes elektrisches Feld, welches die Elektronen wieder in den Grundzustand drängte. So absorbierten die Elektronen periodisch die Energie des Laserlichtes und emittierten diese wieder. Dabei stellten die Forscher fest, daß die Menge des absorbierten Lichtes variierte, während das oszillierende Feld sich auf- und abbaute.

Dem Theoretiker Michael Haggerty, der jetzt an der Harvard University tätig ist, und John Delos vom College of William and Mary war klar, daß die Schwankungen in der Absorption darauf zurückzuführen sind, daß die Elektronen sich mit dem oszillierenden Feld vom Atomkern weg oder auf ihn zu bewegen. Auf Grundlage dieses Wissens berechneten sie aus den Absorptionsspektren die Wege der Elektronen. Sie stellten fest, daß diese gut mit den simulierten Bahnen übereinstimmten, in denen die Elektronen als feste Teilchen genähert wurden.

Andere Wissenschaftler gehen davon aus, daß der Ansatz auch auf kompliziertere Systeme übertragen werden kann. So läßt sich mit den herkömmlichen klassischen Methoden nicht genau voraussagen, wie die zwei Elektronen in Heliumatomen miteinander wechselwirken – vielleicht sollten wir mal wieder ganz einfach in Kirschen und Apfelsinen denken.

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