Atomphysik: Strahlungsdruck mit Rückstoß

Bereits im 16. Jahrhundert postulierte der große Gelehrte Johannes Kepler, dass das Sonnenlicht einen gewissen Druck ausgeübt wurde, wie der Schwanz des Kometen beobachtete er konsequent von der Sonne gerichtet weg. Im Jahr 2010 verwendete das japanische Raumsonde Ikaros ein Sonnensegel zum ersten Mal, um die Kraft der Sonne zu verwenden, um eine wenig Geschwindigkeit zu gewinnen.

Physikalisch und intuitiv, der Druck von Licht oder Strahlung kann durch die Partikelcharakteristik von Licht erklärt werden: leichte Teilchen (Photonen) anschlagen, die Atome eines Körpers und übertragen einen Teil ihrer eigenen Impuls (Masse mal Geschwindigkeit) auf diesem Körper, die somit wird schneller.

Wenn jedoch im 20. Jahrhundert Physiker im Labor während der Experimente auf Photonen bestimmter Wellenlängen diese Impulsübertragung untersucht, die aus Atomen einzelnen Elektronen geklopft, wurden sie von einem überraschenden Phänomen begegnet: die Dynamik der der ausgestoßene Elektron war größer als die von der Photonen, die es getroffen. Das ist eigentlich unmöglich, da Isaac Newton es, dass es bekannt ist für jede Kraft innerhalb eines Systems muss eine gleich große, aber entgegengesetzte Kraft bestehen: den Rückstoß, so zu sprechen. Aus diesem Grund schloss der Münchner Wissenschaftler Arnold Sommerfeld im Jahr 1930, dass der zusätzliche Impuls des ausgeworfenen Elektron aus dem Atom kommen muss es verlassen haben. Dieses Atom muss in der entgegengesetzten Richtung fliegen; in anderen Worten, in Richtung der Lichtquelle. Dies war jedoch unmöglich, mit den Instrumenten zu diesem Zeitpunkt zur Verfügung zu messen.

Neunzig Jahre später die Physiker im Team von Doktoranden Sven Grundmann und Professor Reinhard Dörner vom Institut für Kernphysik haben zum ersten Mal in die Messung dieser Effekt mit dem COLTRIMS Reaktionsmikroskop an der Goethe-Universität Frankfurt entwickelt gelungen. Dazu verwendete sie Röntgenstrahlen an dem DESY-Beschleuniger in Hamburg und ESRF in Grenoble Französisch, um Elektronen zu klopfen aus Helium und Stickstoff-Moleküls. Sie wählten Bedingungen, die nur ein Photon pro Elektron erfordern würde. Im COLTRIMS Reaktionsmikroskop konnten sie die Dynamik der ausgestoßenen Elektronen und die geladenen Helium- und Stickstoffatomen, um zu bestimmen, welche Ionen, mit bisher unerreichter Genauigkeit bezeichnet.

Professor Reinhard Dörner erklärt: nämlich aus dem Rückstoß der ausgestoßenen Elektronen „Wir sind nicht nur in der Lage waren die Ionen Schwung zu messen, aber auch sehen, woher es kam Wenn Photonen in diesen Kollisionsexperimenten niedrige Energie haben, kann das Photon Impuls sein. für die theoretische Modellierung vernachlässigt. bei hohen Photonenenergien, aber dies führt zu Unschärfen. in unseren Experimenten haben wir nun bei der Bestimmung die Energieschwelle für, wenn das Photon Impuls kann nicht mehr vernachlässigt werden können. unser experimenteller Durchbruch wir viele ermöglicht stellen jetzt mehr Fragen, wie zum Beispiel, was sich ändert, wenn die Energie zwischen zwei oder mehr Photonen verteilt wird.“