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Wie lang dauert ein Quantensprung?

Quantensprung © TU Wien

Albert Einstein erklärte das Phänomen 1905 erstmals: Er sprach von Lichtquanten (heute als Photonen bezeichnet), die in Sekundenbruchteilen in einen anderen Zustand „springen“, wenn Licht auf ein Material fällt. Das geht so schnell, dass man bisher nur die plötzliche Zustandsänderung beobachtete. Mit Hilfe ausgeklügelter Experimente und Berechnungen der TU Wien ist es erstmals gelungen, die Dauer des berühmten photoelektrischen Effekts zu messen. Die Erkenntnisse veröffentlichten die Forscher im Fachmagazin „Nature“.

Die Zustandsänderung des Elektrons läuft innerhalb von Attosekunden, das sind Milliardstel einer Milliardstelsekunde, ab. In einem ersten Schritt wurde der fotoelektrische Effekt bei einfach strukturierten Heliumatomen vermessen. Das Ergebnis diente als Referenzuhr für die Ermittlung des Effekts bei Jodatomen. Schließlich wurde eine Wolframoberfläche untersucht.

Die Dauer des Photoemissions-Prozesses hängt vom Anfangszustand der Elektronen ab. Sie reichen von 100 Attosekunden für Elektronen aus den inneren Schalen der Wolfram-Atome bis zu 45 Attosekunden für Leitungselektronen, die im Mittel die Ziellinie schneller passieren. Die Messungen wurden am Max Planck Institut für Quantenoptik in Garching (Deutschland) durchgeführt.

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