Kürzeste je gemessene Zeitspanne 0,000000000000000007 Sekunden

Sprinter kämpfen um Hundertstelsekunden, bayerische Forscher sind schon 16 Nachkommastellen weiter. Sie haben nun die kürzeste, je registrierte Zeitspanne gestoppt.

Stoppuhr
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Wenig bringt ein Elektron so in Wallung wie Licht. Wird das negativ geladene Elementarteilchen von einem Lichtstrahl getroffen, kann es aus der Atomhülle katapultiert werden. Das Phänomen nennt man photoelektrischen Effekt. Albert Einstein hat den Effekt bereits 1905 erklärt und bekam dafür den Nobelpreis.

Seitdem ist bekannt, dass das Ganze verdammt schnell vonstattengeht. Doch wie schnell genau, das wusste bisher niemand. Laserphysikern vom Max Planck-Institut für Quantenoptik in Garching (Bayern) ist es nun gelungen, die Zeit zu stoppen.

"Das ist wie mit einem springenden Tennisball"

"Das ist in etwa so, als wolle man einen springenden Tennisball fotografieren. Nur viel kleiner und viel, viel schneller", erklärt Martin Schultze. Er hat an der Studie mitgearbeitet, die nun im Fachblatt "Nature Physics" veröffentlicht wurde. Soll der Tennisball auf dem Foto nicht verschwommen sein, brauche man eine Kamera mit extrem kurzen Verschlusszeiten, so Schultze. "In der Physik benutzen wir kurze Laserblitze als Lichtquelle, um kurze Verschlusszeiten zu erreichen."

Die Forscher schossen extrem kurze ultraviolette Laserimpulse auf Heliumatome. Treffen die Lichtteilchen - die Photonen -, auf ein Elektron im Heliumatom, wird es herausgeschleudert. Ein zweiter Laserimpuls konnte das Elektron sofort aufspüren, wenn es die Atomhülle verließ.

Auf 19 Nachkommastellen genau

Dadurch konnten die Forscher auf 0,85 Attosekunden genau messen, wie lange das Elektron braucht, um die Atomhülle zu verlassen. Eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde oder: 0,000000000000000001 Sekunden.

Das Elektron braucht zwischen 7 und 20 Attosekunden, um die Atomhülle zu durchqueren. Die Geschwindigkeit hängt davon ab, inwieweit die Elektronen untereinander und mit dem Atomkern interagieren.

"Eine so hohe Präzision ist bisher bei keiner Zeitmessung erreicht worden", erklärt Martin Schultze. Er und sein Team erhoffen sich nun neue Erkenntnisse über den Mikrokosmos. "Je besser wir die Vorgänge auf Atomebene messen können, umso besser wird unser Verständnis der Atomphysik und der Wechselwirkung einzelner Elektronen", so Schultze.

"Bisher haben wir die Anzahl der Elektronen eines Atoms vereinfachend als Kollektiv behandelt. Wenn wir Atome aber genau verstehen wollen, müssen wir wissen, wie die einzelnen Elektronen miteinander interagieren". Bei den Messungen handelt es sich vor allem um Grundlagenforschung, die aber auch praktischen Nutzen haben kann, etwa bei der Entwicklung von Quantencomputern und Supraleitern.

Aktuelle Vorschläge zur Entwicklung von Quantencomputern erfordern extreme Kühlung oder die Beschränkung auf wenige aktive Atome im Kern des Quantencomputers, um störende Wechselwirkungen der Elektronen zu verlangsamen. "Mit unserer Messtechnik könnten wir schneller sein als diese störenden Prozesse", sagt Schultze. Dann könnten Quantencomputer womöglich ohne Extremkühlung funktionieren. "Aber bis dahin muss noch viel geforscht werden."

koe



insgesamt 17 Beiträge
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Seite 1
wk1603 16.11.2016
1. bitte korrigieren
Da es sich um ein Atom handelt, muss es korrekterweise "Wechselwirkung mit dem Atomkern" und nicht "Zellkern" heissen. - - - - Vielen Dank für den Hinweis, wir haben den Fehler korrigiert. Redaktion Forum
Putin-Troll 16.11.2016
2. Auf die Schnelle immer helle
---Zitat--- Die Geschwindigkeit hängt davon ab, inwieweit die Elektronen untereinander und mit dem Zellkern interagieren. ---Zitatende--- Welcher Zellkern? Hier ist wohl eher der Atomkern gemeint...
permissiveactionlink 16.11.2016
3. Zeitlupe
Das ist eine beachtliche messtechnische Leistung, zugegeben, aber im Vergleich zu der kürzestmöglichen messbaren Zeitspanne geradezu Zeitlupe. Die sogenannte Planck-Zeit beträgt 0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.0539116 Sekunden, und ist die Zeitspanne, in der Licht die Planck-Länge überbrückt. tp = sqrt(((h/2*pi)*G)/(c^5))
flexier 16.11.2016
4. Wenn Plank, dann....
Zitat von permissiveactionlinkDas ist eine beachtliche messtechnische Leistung, zugegeben, aber im Vergleich zu der kürzestmöglichen messbaren Zeitspanne geradezu Zeitlupe. Die sogenannte Planck-Zeit beträgt 0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.0539116 Sekunden, und ist die Zeitspanne, in der Licht die Planck-Länge überbrückt. tp = sqrt(((h/2*pi)*G)/(c^5))
...aber richtig (und ganz ohne Formeln)... Die Planck-Zeit beschreibt das kleinstmögliche Zeitintervall, für das die BEKANNTEN Gesetze der Physik gültig sind. Eine Zeitspanne kürzer als die Plank-Zeit ist als Singularität definiert, ein "Zustand" bei dem die BEKANNTEN Gesetze der Physik nicht mehr existieren/anwendbar sind. Es ist ein mathematisches Konstrukt das sich aus mehreren physikalischen Konstanten ergibt. Nach jetzigem Stand der Theorien, werden wir nicht mal annähernd in der Lage sein im Nahbereich der Plank-Zeit zu messen, weil ein entsprechender Teilchen-Beschleuniger (wie z.B. in CERN) mindestens den Durchmesser unseres Sonnensystems hätte. Eine kleine aber nicht ganz unwesentliche Einschränkung. Vielleicht ändert sich das, wenn wir eine Quantengravitations Theorie haben.
Cylor 16.11.2016
5. Unwissenheit...
Zitat von permissiveactionlinkDas ist eine beachtliche messtechnische Leistung, zugegeben, aber im Vergleich zu der kürzestmöglichen messbaren Zeitspanne geradezu Zeitlupe. Die sogenannte Planck-Zeit beträgt 0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.0539116 Sekunden, und ist die Zeitspanne, in der Licht die Planck-Länge überbrückt. tp = sqrt(((h/2*pi)*G)/(c^5))
Die Plank-Zeit ist nicht messbar! Es ist die kürzeste Zeitspanne welche man physikalisch beschreiben kann. Messtechnisch kann man diese aber nicht einzeln erfassen!
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