Einsicht in die Materie : Konjunkturen und Formen von Atombildern

W. Alexandrow

Nadine Dörre

Der Dualismus von Welle und Teilchen ist in der Quantenphysik ein grundlegendes und zugleich faszinierendes Konzept. Welleneigenschaften von Elektronen und Neutronen werden heute in vielen Gebieten zur Bestimmung von Material- und Oberflacheneigenschaften angewandt und die Gultigkeit der Quantentheorie auf dieser mikroskopischen Skala wird dadurch taglich bestatigt. Es ist jedoch immer noch eine offene und viel diskutierte Frage ob die Regeln der Quantenphysik fur alle Grosenordnungen gelten und wie das klassische Verhalten von makroskopischen Objekten mit Quantenphysik erklart werden kann. Materiewellen Interferometer fur grose Molekule konnen helfen diese Fragen zu beantworten, indem die Masse der interferierenden Teilchen so weit wie moglich gesteigert wird. In dieser Diplomarbeit werden das Konzept und der Fortschritt im Aufbau eines neuen Talbot - Lau Interferometers fur Metallcluster vorgestellt, das das Ziel hat den aktuellen Massenrekord in der Materiewelleninterferometrie bis zu drei Grosenordnungen zu ubertreffen. Drei Pulse von UV Lasern mit gleichen Zeitabstanden werden von einem Spiegel reflektiert und formen stehende Wellen. Diese Gitter stellen ein Interferometer in der Zeit fur die Teilchen dar. Die Vorteile dieses neuen Interferometers gegenuber aktuellen Experimenten werden erlautert sowie Details der experimentellen Umsetzung und zukunftige Anwendungen in der Metrologie von Clustereigenschaften.

Georg Erich Richter

Quantenmechanische Erscheinungen sorgen gerne für öffentliches Interesse, da sie sich nicht mit unseren Erwartungen aus dem Alltag erklären lassen. Zwar kann mit dem Superpositionsprinzip die Delokalisierung und Fortbewegung von Objekten durch den Raum in Form von Materie-Wellen beschrieben werden, jedoch scheint diese Beschreibung nur für submikroskopische Teilchen gut zu funktionieren, während sie an massereicheren Objekten des Alltags scheitert. Materie-Wellen-Interferometer zeigen sich als zuverlässiges Werkzeug, um die Linearität der Quantenmechanik zu testen. Gleichzeitig ermöglichen sie die Analyse interner Eigenschaften von Molekülen. Messungen an Biomolekülen am Optical TIme-domain MAtter-wave Interferometer (OTIMA) bilden somit eine Schnittstelle zwischen der Quantenmechanik und der Biophysik. Diese Arbeit zeigt die ersten Interferenzmessungen mit einem komplexen Polypeptid: das Antibiotikum Gramicidin. Es besteht aus 15 Aminosäuren und hat eine Masse von 1882 amu. Für den Nachweis von quantenmechanischen Phänomenen an einem solchen Molekül wird die Aufbereitung von isolierten Teilchen in der Gasphase in Form eines Molekülstrahles benötigt. Dies geschieht mittels Laserdesorption in eine Überschallexpansion von Argon-Atomen. Es zeigt sich eine starke Abhängigkeit der Desorptionseffizienz von der Laserpulslänge, der Wellenlänge und der Energie, optimal für Pikosekunden-Pulslängen und UV-Wellenlängen. Diese Quellmethode ermöglichte es erstmals einen neutralen Molekülstrahl von Proteinen mit Massen über 20.000 amu zu formen. Die erfolgreichen Quellexperimente erlaubten es die Auswirkungen von realistischeren Strahleigenschaften in den Peptid- Interferenzmessungen zu berücksichtigen. Dafür wird der mathematische Formalismus, welcher die Fortbewegung des Molekülstrahles durch das Interferometer beschreibt, erläutert. Dieser ermöglicht eine zuverlässige Vorhersage der experimentellen Daten, deren Übereinstimmung mit den gemessenen Daten gezeigt wird.

Tokio Takéuchi

G. Gamow, D. Iwanenko

P. C. W. Davies, J. R. Brown

Das Wort «Quantum» bedeutet «eine Quantität» oder «eine diskrete Menge». Durch unsere Alltagserfahrung sind wir an die Vorstellung gewöhnt, daß die Eigenschaften eines Gegenstandes wie Größe, Gewicht, Farbe, Temperatur, Oberfläche und Bewegung von einem Gegenstand zum anderen in einer durchgehenden und stufenlosen Weise variieren können. Äpfel, zum Beispiel, kommen in allen Formen, Größen und Farben vor, ohne daß es irgendwelche wahrnehmbaren Abstufungen dazwischen gibt.