Die Atome im gesamten Kosmos haben ein wenig mehr Freiraum gewonnen – zumindest in den Augen der Physiker. Nicht etwa durch einen plötzlichen Wandel der physikalischen Grundgesetzmäßigkeiten, wohl aber durch eine neue Vermessung der Kraft, die Elektronen und Atome aneinander bindet. Die Ergebnisse dieses Experiments sind jetzt in den "Physical Review Letters" erschienen.
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Elektronen bilden die äußere Hülle der Atome, losgelöst von dieser Bindung an den Atomkern lassen sie den elektrischen Strom entstehen. Ein Elektron so zu isolieren, dass es unabhängig von anderen Teilchen untersucht werden kann, ist jedoch nicht einfach. Gerald Gabrielse und seinen Kollegen von der Harvard Universität gelang dies jetzt, indem sie eine „Elektronenfalle“ mit besonderen Bedingungen schufen. Zum einen erzeugten sie ein Vakuum in der „Falle“, das nahezu alle anderen Teilchen entfernte und den Verhältnissen im interplanetarischen Raum ähnelte. Gleichzeitig wurde der gesamte Aufbau bis auf wenige Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt.
Das “einsame” Elektron wurde dann mithilfe von elektrischen und magnetischen Feldern auf einer Kreisbahn gehalten. Zusätzlich zu seiner Kreisbewegung führt das Elektron dabei, den magnetischen Kraftlinien folgend, leichte Auf- und Abbewegungen durch. Indem die Forscher die Bewegungen des Elektrons durch Veränderungen der elektromagnetischen Felder beeinflussten, konnten sie die Energie des Elektrons – und damit indirekt auch die Wechselwirkung mit dem Atomkern – messen.
Mit diesem Verfahren gelang es ihnen, die Feinstrukturkonstante, ein Maß für die Stärke der elektromagnetischen Kraft, die die Atome zusammenhält, neu zu bestimmen. Die neuen Werte sind rund sechs Mal genauer als die bisherigen und liegen zudem leicht darunter. Das zeigt, dass die Atome um ein Weniges „lockerer“ zusammengesetzt sind als bisher angenommen.
“Wir wussten zuvor nicht, dass die Bindungsenergie aller Atome im Universum um etwa ein Millionstel Prozent kleiner ist als gedacht – eine Menge Energie, wenn man die große Zahl der Atome im Universum bedenkt”, so Gabrielse. Das Wissen um diese Kräfte gibt den Forschern jedoch nicht nur einen besseren Einblick in die grundlegenden Mechanismen des Kosmos, sondern trägt auch dazu bei, neue Anwendungen beispielsweise in der Elektronik, zu entwickeln.
(American Physical Society, 18.08.2006 – NPO)
