Physiker können bei Quantensprung zusehen

Wien. Absorbiert ein Atom ein Lichtteilchen und wechselt damit in einen höheren Energiezustand, hat es einen Quantensprung absolviert. Das passiert quasi von einem auf den anderen Moment. Mithilfe ultrakurzer Laserpulse haben es Forscher der Technischen Universität (TU) Wien mit deutschen Kollegen nun geschafft, Quantenteilchen beim Springen zuzusehen, wie sie im Fachblatt „Nature Physics“ mitteilen.

Als Ausgangspunkt fungiert ein Heliumatom mit zwei Elektronen. Beschießt man ein solches mit einem energiereichen Laserpuls, kann eines der Elektronen von dem Puls fortgerissen und aus dem Atom geschleudert werden. Das läuft innerhalb von Attosekunden ab – also in dem unvorstellbar kurzen Bereich von Milliardsteln einer Milliardstelsekunde. Weil die beiden ursprünglichen Elektronen aber miteinander auf quantenphysikalischer Ebene verbunden oder korreliert sind, kann der Beschuss auch auf das im Atom verbleibende Elektron Einfluss haben.

Es können also zwei unterscheidbare Prozesse ablaufen: Einmal schneidet das verbleibende Atom bei der durch den Laserpuls einschießenden Energie mit, ein andermal bleibt es im Zustand minimaler Energie. Dass diese beiden Spielarten nicht genau gleich kurz dauern, konnten die Wissenschafter nun mit einem ausgeklügelten Versuchsaufbau mit zwei verschiedenen Lasern nachweisen. Sie kamen so zu dem Schluss, dass der Prozess etwas schneller abläuft, wenn das verbleibende Elektron einen Teil der Energie abbekommt. Ist das der Fall, läuft der Vorgang um ungefähr sechs Attosekunden rascher ab.