Um ein Atom oder ein Molekül zu verstehen, müssen Physiker nicht nur deren inneren Aufbau kennen, sondern auch die Bewegung der Elektronen beschreiben können. Aufgrund der extrem hohen Geschwindigkeit war dies bislang nicht möglich. Nun hat ein europäisches Forscher-Team eine solche Mess-Methode entwickelt. Sie berichten darüber in den Physical Review Letters 105, 053001.
Auf der Ebene der Atome und Moleküle funktioniert unsere Alltagsvorstellung von der Welt nicht mehr. Ein Elektron stellen wir uns normalerweise als ein kleines Teilchen vor. "Das ist es auch", sagt Prof. Marc Vrakking, Direktor am Max-Born Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) in Berlin. "Um es verstehen zu können, müssen wir es aber manchmal aus der quantenmechanischen Sicht betrachten und uns als Wellenpaket vorstellen." Mit dieser abstrakten Vorstellung können die Physiker dann Phänomene erklären, die hinterher wieder mit unserer Alltagsvorstellung übereinstimmen.
Da man die Bewegung eines Elektrons nicht direkt beobachten kann, weil es zu schnell ist, hat das europäische Forscher-Team die Eigenschaften des Elektrons als Wellenpaket gemessen. Sobald sie alle Eigenschaften dieses Wellenpakets kannten, waren sie in der Lage, daraus die komplette Bewegung des Elektrons abzuleiten.
Für das Experiment haben die Forscher das Prinzip der Überlagerung von Wellen verwendet, die sogenannte Interferenz. Sie sind dabei genauso vorgegangen, wie bei Experimenten mit Lichtstrahlen, bei denen regelmäßiges Licht durch zwei Schlitze fällt und auf dem Schirm dahinter helle und dunkle Streifen zu sehen sind. Die Lichtstrahlen verhalten sich dabei wie Wellen – treffen zwei Wellenberge aufeinander, ergibt sich ein heller Streifen, ein Wellenberg und ein Wellental heben sich auf und erscheinen als dunkler Streifen.
