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Licht erstmals als Teilchen und Welle gleichzeitig erfasst

Dieses Foto zeigt Licht als Teilchen und Welle zur selben Zeit.
Dieses Foto zeigt Licht als Teilchen und Welle zur selben Zeit. (©Fabrizio Carbone/EPFL 2015)

Forschern der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ist ein quantenmechanischer Durchbruch gelungen: Sie haben es geschafft, Licht als Teilchen und Welle gleichzeitig zu fotografieren. Bis dato konnte dieses Doppelverhalten noch nicht festgehalten und analysiert werden.

Schon 1905 stellte Albert Einstein das fest, was Wissenschaftler der französischen EPFL nun erstmals fotografisch nachweisen konnten: Licht existiert zur selben Zeit als Teilchen und als Welle. Dieses als Welle-Teilchen-Dualismus bekannte Prinzip der Quantenphysik brachte ihm den Nobelpreis ein. Zwar wurde der Effekt durch verschiedene Experimente nachgewiesen. Allerdings ist es bis dato niemandem gelungen, Licht dabei zu zeigen, wie es beide Zustände zur selben Zeit annimmt – bis jetzt. Forscher der EPFL haben das bisher Undenkbare nämlich möglich gemacht.

Elektronen machen Licht sichtbar

Dabei griffen die Wissenschaftler auf einen Trick zurück: Sie nutzten Elektronen, um das Licht sichtbar zu machen. Wie sie im anschaulichen Video erklären, beschossen sie einen metallischen Nanodraht mit Laserlicht, das eine stehende Welle um den Draht formte. Hier kamen die Elektronen ins Spiel. Sie wurden dicht an dem Draht vorbeigeschossen, sodass sie gezwungen waren, mit dem Licht zu interagieren. Die einzelnen Photonen, aus denen das Licht besteht, verlangsamten oder beschleunigten ihre Geschwindigkeit, wenn sie von Elektronen getroffen wurden. Diese Geschwindigkeitsveränderungen bzw. der Austausch von Energiepaketen (Quanta) konnte nun mit Hilfe eines Mikroskops sichtbar gemacht werden. Das Foto, das die Forscher schossen, zeigte an, wo dieser Austausch entlang des Drahtes stattfand. Heraus kam der erste Schnappschuss von Licht als Teilchen und Welle zur selben Zeit.

Solche Möglichkeiten, Effekte der Quantenphysik sichtbar zu machen, könnte der Wissenschaft völlig neue Türen öffnen und bei der Entwicklung zukünftiger Technologien eine wichtige Rolle spielen.

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