Ein Quantensprung dauert 45 bis 100 Attosekunden

Forscher messen Dauer des berühmten Effekts.

Ein Quantensprung gilt in der Alltagssprache als ein in kurzer Zeit erzielter Erfolg von großer Tragweite. Ganz anders in der Physik: Dort ist er wegen seiner sehr geringfügigen Auswirkungen äußerst schwer zu beobachten. 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. Einem österreichisch-deutschen Forscherteam ist es nun gelungen, den berühmten fotoelektrischen Effekt zu vermessen. Die Erkenntnisse veröffentlichten die Forscher im Fachmagazin „Nature“.

Weil die Zustandsänderung des Elektrons innerhalb von Attosekunden, das sind Milliardstel einer Milliardstelsekunde, abläuft, brauchte es besonders ausgeklügelte Berechnungen und Experimente. 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.

Wie lang der Prozess dauert, hängt vom Ausgangszustand der Elektronen ab. Betrachtet man die Leitungselektronen, also jene, die sich relativ frei im Metall bewegen und Strom leiten, wenn eine Spannung angelegt wird, kann man die Dauer eines Quantensprungs exakt messen: Es sind 45 Attosekunden, bis sie aus der Oberfläche des Wolframs austreten. Bei Elektronen aus den inneren Schalen der Wolframatome, also mit niedrigerem Energieniveau, dauert es hingegen 100 Attosekunden, bis sie das Metall verlassen. (APA/gral)