Der Beweis, dass Quantenreflexion existiert, ist ein bisschen wie der Beweis, dass ein Ball, der gerade von einer Klippe gefallen ist, zurückspringen kann, ohne den Boden zu berühren.
Eine neue Studie in der Zeitschrift Wissenschaft beschreibt, wie winzige Materieteile wie Licht von einer Oberfläche reflektiert werden können. "Das ist Quantenreflexion auf den Punkt gebracht", sagte Wieland Schöllkopf, einer der Autoren der Studie, die in Wissenschaft am 18. Februar 2011. Dr. Schöllkopf sprach von seinem Büro in Berlin aus mit EarthSky:
Quantenreflexion ist eine Art bizarre Variation der Reflexion von Wellen - Lichtwellen, die beispielsweise von Glas reflektiert werden. Manchmal sind Materieteilchen so klein, dass sie sich wie Licht verhalten. Aber im Gegensatz zu Licht müssen Quantenteilchen - winzige Teilchen - niemals auf das Glas treffen, um reflektiert zu werden.
Mit seinem Bericht bestätigte Dr. Schöllkopf, dass Quantenreflexion konsistent auftritt und mit Teilchen, die größer als ein einzelnes Atom sind. Was vielleicht nicht nach einer großen Sache klingt. Doch Schöllkopf erklärte, sein Team habe beinahe gezeigt, dass ein Ball, der gerade von einer Klippe gefallen ist, tatsächlich lange nach oben springen kann Vor es trifft den Boden.
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Es würde normalerweise herunterfallen, weil die Schwerkraft darauf hinweist, aber in der Welt der Quantenmechanik besteht die Möglichkeit, dass das Quantenteilchen nicht in die Klippe fällt, sondern von der Klippe zurückprallt, obwohl alle Kräfte vorhanden sind in die andere Richtung gehen, und das ist die Grundlage unseres Experiments.
Schöllkopf bekräftigte, dass die Quantenreflexion - das zurückprallende Zeug - nur funktioniert, wenn die beteiligten Materiemengen klein sind. In seinem jüngsten Experiment ging es zum Beispiel nur um Heliumatompaare. Warum Helium? Heliumpaare sind notorisch zerbrechlich - sie brechen sehr leicht auseinander.
Schöllkopfs Team schoss Hunderte Paare von Heliumatomen in einem bestimmten Winkel gegen eine Oberfläche - eine Wand. Die meisten Heliumpaare schnappten in zwei Hälften. Aber nicht alles. Die intakten Heliumpaare stießen nie an die Wand - sie waren es gewesen reflektiertEin bisschen wie Licht. Mit einer Ausnahme…
In unserem Fall prallten die Partikel zurück, bevor sie mit der eigentlichen Wand kollidierten - etwa 1-2% von ihnen vielleicht.
Er sagte, dies widerspreche den Gesetzen der klassischen Physik, die vorschreiben, dass eine Oberfläche wie eine Wand eine anziehende Kraft auf kleine Partikel ausüben sollte - mit anderen Worten, Materie, die sich auf eine Wand zubewegt, sollte nur in diese hineinschlagen und auseinander brechen.
Schöllkopf fügte hinzu, dass die Heliumpartikel, die es schafften, der Wand auszuweichen, physikalisch gesehen einen ziemlich sechsten Sinn hatten - diese Partikel waren in der Lage, diese Wand aus einer Entfernung von 40 Nanometern zu erkennen und zu meiden. Er erklärte:
Das scheint eine kleine Entfernung zu sein, aber in der Welt dieser winzigen Atome oder Moleküle ist es eine enorme Entfernung.
EarthSky fragte ihn, warum bestimmte Heliumpartikel in der Lage waren, sich von der Wand fernzuhalten, während andere direkt hineinfuhren, so wie es die klassische Physik vorschreibt. Er antwortete, dass es nur auf die Wahrscheinlichkeit ankommt:
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Vielleicht ist es wie im richtigen Leben, wenn Sie sich von einer anderen Person angezogen fühlen. Normalerweise folgen Sie dieser Attraktion, aber in einigen Fällen können Sie zurückschrecken, obwohl die Attraktion vorhanden ist.
So können sowohl Menschen als auch Heliummoleküle ein wenig bewaffnet sein. Aber wozu ist dieses Wissen gut? Wieder Dr. Schollkopf:
Um ehrlich zu sein, ich weiß es nicht. Aber die Frage erinnert mich an eine tolle Geschichte. Als sie vor 50 Jahren Laser erfanden, wussten die Wissenschaftler auch nicht, wozu sie gut waren. Und jetzt stecken sie in allem: DVDs, Computer. Ich denke gerne, dass sich unsere Beobachtung der Quantenreflexion als ebenso nützlich erweisen könnte. Wir wissen nur noch nicht wie.
Er fügte hinzu, dass sein Artikel zwar nichts völlig Neues oder Sofortverwendbares bewiesen hat, die Ergebnisse seines Teams jedoch ein Beweis für eines seien. Er sagte uns:
Die Naturgesetze, die Gesetze des Mikrokosmos, sind wirklich ziemlich bizarr!
Dies geht aus der neuen Veröffentlichung "Quantenreflexion von He2 in mehreren Nanometern über einer Gitteroberfläche" hervor, die letzten Freitag in der Zeitschrift erschienen ist Wissenschaft.