Theoretisch vorhergesagtes Phänomen wird erstmals sichtbar

19. Februar 2012, 18:25
  • Bevorzugte Aufenthaltsorte von Protonen im einfach ionisierten 
Wasserstoffmolekül (gelb markiert die höchste Wahrscheinlichkeit). Die 
Messpunkte liegen genau in den Bergen der theoretisch berechneten 
Wellenfunktion (grün). Je höher die Energie der Anregungszustände ist, 
desto mehr bevorzugte Orte gibt es. Genau dazwischen sind die Protonen 
allerdings nie anzutreffen.
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    foto: lothar schmidt

    Bevorzugte Aufenthaltsorte von Protonen im einfach ionisierten Wasserstoffmolekül (gelb markiert die höchste Wahrscheinlichkeit). Die Messpunkte liegen genau in den Bergen der theoretisch berechneten Wellenfunktion (grün). Je höher die Energie der Anregungszustände ist, desto mehr bevorzugte Orte gibt es. Genau dazwischen sind die Protonen allerdings nie anzutreffen.

Elektronen springen in ionisiertem Wasserstoff zwischen verschiedenen angeregten Zuständen hin und her

Deutschen Physikern ist es gelungen, ein quantenmechanisches Phänomen mit Hilfe einer sogenannten "Quanten-Kamera" sichtbar zu machen: Die Forscher konnten zeigen, wie Elektronen in ionisiertem Wasserstoff zwischen verschiedenen angeregten Zuständen hin und her springen.

So gern ein Kind auf einer Schaukel an den beiden höchsten Punkten der Bahn ist, es muss jedes Mal unweigerlich auch wieder zurück zum tiefsten Punkt. Auf einer quantenmechanischen Schaukel wäre das anders: Dort könnte es zwischen den beiden Umkehrpunkten hin und her wechseln, ohne jemals in der Mitte vorbei zu kommen. Das wissen Physiker von Atomen, die in Molekülen gegeneinander schwingen und dabei bestimmte Abstände voneinander bevorzugen. Der Arbeitsgruppe von Reinhard Dörner an der Goethe-Universität ist es nun gelungen, dieses theoretisch vorhergesagte Phänomen mithilfe einer neu entwickelten "Quanten-Kamera" sichtbar zu machen.

"Diese Bilder werden künftig in jedem Chemie-Lehrbuch zu sehen sein", ist Dörner vom Institut für Kernphysik überzeugt. Zwar hat zuvor niemand an dem Phänomen gezweifelt, aber es ist schon etwas Besonderes, wenn man ergänzend zu den quantenmechanisch berechneten Kurven auch Bilder von den tatsächlich gemessenen Aufenthaltsorten der Atome sehen kann. In diesem Fall handelt es sich um das einfachste schwingende System: zwei Wasserstoff-Kerne (Protonen), welche durch ein einziges Elektron chemisch gebunden sind, also ein ionisiertes Wasserstoffmolekül.

Um herauszufinden, wo sich die Protonen in dem schwingenden Molekül aufhalten, verfeinerte Lothar Schmidt, Wissenschafter in der Arbeitsgruppe von Dörner, eine bereits bekannte Technik, bei der das Molekül durch Stöße mit einem Heliumatom aufgebrochen wird. Im langsamen Vorbeiflug nimmt das ionisierte Wasserstoffmolekül beim Stoß ein Elektron des Heliums auf. Etwa jedes zehnte neutrale Wasserstoffmolekül gerät dabei in einen angeregten elektronischen Zustand, der dazu führt, dass es auseinander bricht und als zwei einzelne Wasserstoffatome zum Detektor fliegt. Dabei wird der winzige Abstand der Protonen im Molekül zwischen den Bruchstücken wie durch eine Lupe vergrößert: Die Auftreffpunkte im Detektor spiegeln die ursprünglichen Abstandsverhältnisse im Molekül wider.

Vom Mikrokosmos der Quantenwelt in den Makrokosmos

Das System wird durch diese als "Coulomb Explosion Imaging" bezeichnete Technik vom Mikrokosmos der Quantenwelt in den Makrokosmos überführt, wo die Gesetze der klassischen Mechanik gelten. "Es steckt eine anspruchsvolle Physik dahinter zu verstehen, warum wir mit einer Ortsauflösung messen können, die nach den Regeln der Heisenbergschen Unbestimmtheitsrelation nicht möglich ist", sagt Dörner.

Und eine Menge Hartnäckigkeit und experimentelles Geschick: Als Lothar Schmidt vor anderthalb Jahren erklärte, er wolle die Auflösung der Apparatur so verfeinern, dass man die verschiedenen Schwingungsmoden der angeregten Moleküle sichtbar machen könne, waren Dörner und die anderen Wissenschafter der Arbeitsgruppe skeptisch. Dazu muss man wissen, dass auch die Analyse der Heliumatome, die als Stoßpartner dienen, wichtige Informationen über den Anregungszustand der auftreffenden ionisierten Wasserstoffmoleküle liefern. Allerdings nur, wenn es gelingt, die Wärmebewegung der Heliumatome durch spezielle Kühltechniken mehr oder weniger einzufrieren. Denn sonst sind ihre Zitterbewegungen so stark, dass die zu messenden Molekülschwingungen im Rauschen untergehen. Dies war nur eine der Herausforderungen, die Schmidt zu meistern wusste.

Die Bilder zeigen nun, dass Protonen sich tatsächlich an bestimmten Aufenthaltsorten im Molekül häufen und anderswo, zum Beispiel an den dazwischen liegenden Punkten, nie anzutreffen sind. Für die Physiker werden die Vorhersagen der Quantenmechanik damit noch ein Stück greifbar, wenn auch nicht leichter verständlich. (red)

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Was heißt das jetzt konkret... bin irgendwo in der Mitte geistig ausgstiegen... kann es sein das die jetzt die Heisenberg'sche Unschärferelation für ungültig erklärt haben? Wenn ja, denkens mal an die gigantischen Durchbrüche die vlt. anstehen!

the awkward moment

wenn sich 2 beflegeln und mit wissenschaft um sich werfen, nur weil sie nicht zugeben können, dass sie sich doch nicht 100% auskennen und wer anderer die zeit, die mittel und das wissen vor ihnen hatte...

ad artikel: na no na net hilfts wenn ma kühlt - de idee ist nicht neu - sonst bin ich einer meinung: Für die Physiker werden die Vorhersagen der Quantenmechanik damit noch ein Stück greifbar, wenn auch nicht leichter verständlich.

um das obige bild besser verstehen zu können hier das schwingungsverhalten eines monochords - der basis der pytagoräischen harmonik:

http://www.daniel-moser.ch/images/brosch_5.jpg

ergebnis einer schwingung, die 2 dimensional dargestellt ist, aber im endeffekt natürlich 3 dimensional ist

von "vorne" sieht sie so aus:

http://www.akaija.de/commons/i... bochtD.png

von der seite so:
http://uni-ka.the-jens.de/html/exph... x1299x.gif

und in 3d am ehesten so:
http://www.ikenonline.de/grafiken/... pirale.jpg

wobei sich ein zentrifugaler prozess (größer werdend) und zentripedaler prozess (verdichtend) abwechseln - was auch erklärt, warum die teilchen nur bei maximaler zentrifugierung "auftauchen"

Damit Sie aufhören so einen Unsinn zu posten und den obigen Artikel besser zu verstehen:

Uni Wien
Modul Physikalische Chemie I+II und Theoretische Chemie und Molekülspektroskopie oder Theoretische Physik II: Quantenmechanik I

TU Wien
Physikalische Chemie I + II oder Quantentheorie I oder Theoretische Chemie

Uni Innsbruck
Physikalische Chemie A, B, C, D (sind Module) oder Physik III (Atome, Quanten, Festkörper)

TU Graz/Uni Graz
Molekül-/Festkörperphysik, Quantenmechanik, Atom-, Kern- und Teilchenphysik oder Physikalische Chemie

JKU Linz
Theoretische Physik, Physikalische Chemie (jeweils mehrere LVAs)

Keine Angst: Bei einem Blick auf die Uni-Budgets ist ausgeschlossen, dass die Unis zur weltumspannenden Verschwörung gehören.

gähn - das ist ja fad, bei dem budget - ich red von denen die unbegrenztes budget haben und ihre forschungen halt eher nicht so wirklich hinausposaunen - was interessiert mich der einsteinsche blödsinn, der in unseren ausbildungsstätten vorgebetet wird? den mist kenn ich schon, und er strotzt nur so vor fehlern, fehlannahmen, kosmologischer konstanten und anderer ausreden;-))

gerüchteweise hat es nach einstein nämlich noch andere physiker gegeben - aber von denen höst nicht viel, ausser sie blasen ins gleiche horn wie der albert selbst;-)

Ah natürlich, SIE, die hinter der Verschwörung stecken.

Die haben sogar eine eigene "Wikipedia"-Seite: http://www.stupidedia.org/stupi/SIE

Witzig, dass dieser Unsinn Ihnen Ihren Lebensstandard ermöglicht und dass Sie hier Ihren beispiellosen Schwachsinn verbreiten können. Aber bitte, Sie haben ja angeblich ein Wirtschaftsstudium,: Da ist ja absolut verständlich, dass Sie "dem Mist" schon kennen...

Scherzkeks...

musst nicht wenen, brauchst nur ein bissi lesen und lernen, ich kau es dir eh schon vor;-))

Rofl!

ach, welch freude ist es, mit wissenschaftlern zu diskutieren, die sich dermaßen gefinkelt und eloquent ausdrücken können - willst nicht weiter unten mitspielen, bei der anderen geistesgröße, die in ihr einprogrammiertes verschwöhrungsesotheriker gekeiffe verfallen ist - ihr könntet euch gut ergänzen, der eine schimpft, der andere roflt und einen dritten werdets ja wohl noch finden, der ein paar wiki und esowatch links einfügt.

sie diskutieren hier nicht mit wissenschaftlern!

sie diskutieren hier hauptsächlich mit lesern des wissenschaftsteils einer tageszeitung.
für eine wissenschaftliche diskussion ist die kommentarfunktion des standards auch nicht geeignet.

aber schon klar... SIE können beurteilen das in den universitäten einsteinischer blödsinn vorgebetet wird.
sie haben schon mehrmals bewiesen, dass sie von erkenntnistheorie wenig ahnung haben, geschweige den von anderen philosophischen richtungen der "wahrheitssuche" (man beachte die ""!).

vl. sollte man auch ein bisserl mehr in wissen investieren was funktioniert und weniger posten. ~1570 postings in einen monat sind ne menge zeit.
ansonsten hab ich das gefühl sie sind der prototyp des "dunning- kruger" effekts ;)

Wenn man seine Glaubwürdigkeit wie Sie schon so verspielt hat, erntet man eben nur noch solche blöden Meldungen.

Sollten Sie dann einmal doch Recht (was Sie natürlich auch hier nicht haben) haben, wird Ihnen auch niemand mehr glauben. Natürlich werden viele Phänomene in der Physik und Chemie mit Wellen beschrieben, aber das war es dann schon mit dem Wahrheitsgehalt Ihres Postings.

Und spätestens wenn Sie mit Ihren Wirbeln anfangen, krümme ich mich vor lachen.

ok - nenne mir bitte einen natürlichen prozess der nicht wirbelförmig abläuft - einer reicht mir schon;-)

Dem Schwurbel ist alles Wirbel.

nicht-wirbelförmige Vorgänge:

die Bewegung auf der Brachistochrone :)

oder: der freie Fall, die Photonenemission (oder -absorption), die kräftefreie Bewegung, Abkühlung und Erwärmung von Körpern, Schmelzen, Sieden, Gefrieren, eigentlich alle Phasenübergänge, elastische und inelastische Stöße, chemische Reaktionen, das Feld einer Punktladung, Magnetismus, laminare Strömung, Kernfusion, Kernspaltung (auch die natürliche ;) ), Osmose, Ionisation und Rekombination, thermodynamische Zustandsänderungen, das Anwachsen der Entropie, die Ausbreitung von Licht (in der geometrischen Optik, Wellenoptik und QM), ...

alles wirbelphysik

Teilchenphysik eben, das basiert ja alles auf Quark-Strudel.

@higgs: dann erklären Sie mal all die von mir genannten Bsp. mit Ihrer Wirbelphysik...

das ist ein bissl wie wenn man mit leuten über gott diskutiert. es muss ihn geben weil er ihnen letztes jahr am klo beim gacken erschienen ist.

nun muss man ihn - entgegen jeder vernunft - in der welt finden. ich hau mir den zeh an der tür an? gott will es! ich gewinn 2 euro mit dem brieflos? danke gott! ... das problem bei dieser art der "argumentation" ist, dass jedes ereignis wieder eingebaut wird in das system. higgs wird zu jedem deiner beispiele eine ad hoc these formulieren die ihm als beweis ausreicht. irgendwie wird er darin wirbel verwenden womit sein "gott" wieder einmal gefunden worden wäre. du wirst dir an den kopf greifen und widersprechen was beweist, dass du nicht reif bist für das geheime wissen oder von den verschwörern bezahlt wirst. und schon passt wieder alles.

ja, da haben Sie wahrscheinlich recht, aber eigentlich argumentiere ich ja eher für andere Leser, um vorzubeugen, dass noch jemand diesem quatsch Glauben schenkt.

So, jetzt geh ich wieder in mein von der Wissenschaftslobby gesponsertes Labor und zerstöre noch ein paar freie-Energie-Quellen, damit niemand dahinter kommt, dass die wirklich funktionieren... ;)

Bin zwar nicht higgs-w. könnte mir aber vorstellen, dass sich schöne Wirbel bilden, wenn man genügend Vanillesauce auf Quarkstrudel gießt. :)

Die von Ihnen als wirbelförmig angegeben Planetenbahnen sind elliptisch.

exactly, wenn die sonne stillstände, in der milchstraße

http://www.mondlandung.pcdl.de/sonstiges... ond100.gif

sprich mir langsam nach:

SPIRALE

Sprechen Sie mir nach: "Der Mond ist KEIN Planet."

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