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Fullerene auf unbestimmter Bahn

Unschärferelation auch für größere Fußballmoleküle

Von Rainer Scharf

Im Bereich der Atome und Elementarteilchen haben sich die bisweilen seltsamen Vorhersagen der Quantenmechanik stets bewahrheitet. Je genauer man zum Beispiel den Aufenthaltsort eines Neutrons kennt, desto unbestimmter wird sein Impuls und damit auch seine Flugbahn - ganz im Einklang mit Heisenbergs Unschärfebeziehung. Daß die Quantenmechanik bei größeren Objekten wie Bakterien oder Tennisbällen keine Rolle zu spielen scheint, liegt daran, daß sich hier die Quanteneffekte bislang noch der Beobachtung entziehen. Mit fortschreitender Experimentiertechnik ist es indes gelungen, bei immer größeren Objekten den Einfluß der Quantenmechanik nachzuweisen. Vor zwei Jahren hatten österreichische Wissenschaftler gezeigt, daß das fußballförmige Fullerenmolekül C60 die Unschärfebeziehung erfüllt. Jetzt konnten sie das auch für das noch größere Fulleren C70 bestätigen (Preprint >> hier).

Die Forscher um Anton Zeilinger von der Universität Wien haben die Moleküle in einem Ofen auf 600 Grad erhitzt und dann durch ein Loch in der Ofenwand entweichen lassen. Aus dem breiten Molekülstrahl blendeten sie zunächst einen feineren, nur einen hundertstel Millimeter breiten Strahl aus. Dieser Strahl wurde anschließend auf eine senkrechte Schlitzblende gerichtet, deren Breite die Forscher von null bis zwei hundertstel Millimeter variieren konnten. Jedesmal, wenn ein Molekül die Schlitzblende passierte, war die horizontale Ungenauigkeit seiner Position durch die Breite des Schlitzes gegeben. Heisenbergs Unschärfebeziehung zufolge mußte dann die Geschwindigkeit des Moleküls quer zum Schlitz, die sehr gering war, eine unvermeidliche Unbestimmtheit aufweisen. Dies sollte dazu führen, daß sich der Molekülstrahl hinter der Schlitzblende aufweitete, und zwar um so stärker, je schmaler der Schlitz war.

Um die Aufweitung des Molekülstrahls hinter der Schlitzblende zu beobachten, ließen die Forscher die Moleküle, nachdem diese den Schlitz passiert hatten, gut einen Meter weit fliegen. Dann wurden diese von einem Laserstrahl getroffen und ionisiert. Die elektrisch geladenen Fulleren-Ionen wurden schließlich mit einem Ionendetektor, der quer zur Flugrichtung der Moleküle verschoben werden konnte, nachgewiesen. Auf diese Weise gewannen die Forscher ein Profil des Molekülstrahls und bestimmten daraus die Aufweitung des Strahls. Tatsächlich wurde der Molekülstrahl desto weiter, je schmaler der Schlitz war, den die Moleküle passiert hatten. Wie eine genauere Analyse zeigte, war auch der quantitative Zusammenhang zwischen Strahlaufweitung und Schlitzbreite genau so, wie von Heisenbergs Unschärfebeziehung vorhergesagt. Zeilinger und seine Kollegen haben deshalb keinen Zweifel daran, daß die Unschärfebeziehung sich auch für größere Objekte als gültig erweisen wird, etwa für Viren, die rund zehnmal so groß sind wie die Fullerenmoleküle. 

Frankfurter Allgemeine Zeitung, 06.06.2001, Nr. 129 / Seite N1

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