Physiker wiederholen Rutherfords Experimente mit Licht

11. März 2013, 12:21
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Laserbeschuss winziger Goldnanopartikel enthüllt Aufbau von Atomen

Vor über 100 Jahren haben die Physiker Ernest Rutherford, Hans Geiger und Ernest Mardsen eine hauchdünnen Goldfolie mit Heliumkernen beschossen und dabei erstmals Einblicke in den inneren Aufbau von Atomen erhalten. Es zeigte sich, dass der Atomkern rund 10.000-mal kleiner als das Atom selbst ist und trotzdem nahezu die gesamte Masse des Atoms in sich vereint. Dieser winzige Kern enthüllte sich durch sein elektrostatisches Potenzial, das die ihn torpedierenden Helium-Kerne ablenkte. Nun haben Wissenschafter der Universität Leipzig in Theorie und Praxis das Experiment mit Licht wiederholt - und dabei völlig neue Erkenntnisse gewonnen.

Bei den Versuchen haben die Forscher ein winziges Goldnanopartikel mit einem Laser aufgeheizt. In der Folge erzeugt das Nanoteilchen durch seine erhöhte Temperatur in der Umgebung ein photothermisches Potenzial, das Licht genauso ablenkt wie das elektrostatische Potenzial die Heliumkerne. "Das photothermische Potenzial ist nichts anderes als eine Änderung der Brechkraft des Materials, das die Goldnanopartikel umgibt. Es verrät uns die Position des Goldnanopartikels", erklärt Markus Selmke vom Institut für Experimentelle Physik der Universität Leipzig, der die Versuche vorgenommen und gleichzeitig auch die komplexe Theorie dazu entwickelt hat.

Thermische Prozesse im Nanometerbereich

Durch die Erkenntnisse von Selmke und seinem Kollegen Frank Cichos könnten zum Beispiel die Methoden des bald hundertjährigen Theorie-Gebäudes der Quantenmechanik Aufschlüsse über thermische Prozesse im Nanometerbereich geben. Dies ist ein Thema, das unter anderem für die Halbleiterindustrie von großem Interesse ist.

Die aufgedeckte Analogie zwischen dem photothermischen Effekt und der Rutherford-Streuung ist noch viel weitergehender, wie die zwei Forscher herausfanden. "Man kann die Rutherford-Streuung für Licht für das bloße Auge sichtbar machen, indem man keine Goldnanopartikel sondern zentimetergroße Metallkugeln verwendet", sagt Selmke. Dadurch werden die sonst winzig kleinen Abmessungen des photothermischen Potenzials groß genug, um sie mit dem bloßen Auge zu sehen. (red, derStandard.at, 09.03.2013)

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