Wo hält sich ein Elektron wahrscheinlich auf? Ein dunkles Rot steht für eine hohe Aufenthaltswahrscheinlichkeit, ein dunkles Blau für eine niedrige. Dass die Chance des Elektrons, aus dem Atom zu tunneln, nicht besonders groß ist, zeigt die rote Farbe um den Atomkern: Wahrscheinlich bleibt das Elektron dort gefangen. Es ist allerdings auch nicht ganz unwahrscheinlich, dass es von der Kraft des elektrischen Feldes aus dem Atom geschleudert wird. Bei der angenommenen Anordnung des Lasers tunnelt das Elektron dabei nach rechts durch die Potenzialbarriere, deren äußerer Rand als grüne fast senkrechte Linie dargestellt ist. Die Lorentzkraft drückt es dabei in einem leichten Bogen nach oben. Die graue gestrichelte Linie beschreibt seinen Weg in einem teilweise klassischen, nicht quantenmechanischen Bild, demzufolge es sich nicht in der Barriere aufhält. In der quantenmechanischen Betrachtung folgt es am wahrscheinlichsten der schwarzen durchgezogenen Linie, die meistens mit der klassischen Route zusammenfällt. Nur am Rand der Barriere weichen beide Wege voneinander ab. [weniger]
Eine relativistische Betrachtung des quantenmechanischen Tunnelprozesses, gibt Hinweise, wie lange sich ein Elektron in einer Potenzialbarriere aufhält. Für den Weg durch einen quantenmechanischen Tunnel brauchen Teilchen offenbar länger, als viele Physiker bislang annahmen. Anders als ein Fußball, der von einer Mauer mit 100prozentiger Wahrscheinlichkeit abprallt, hat ein Quantenteilchen eine kleine Chance, eine Barriere zu durchdringen, obwohl seine Energie dafür eigentlich nicht ausreicht. Forscher des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg belegen jetzt, dass es eine sehr kurze, aber messbare Zeit braucht, um das Hindernis zu durchdringen. Das ist ein Ergebnis ihrer theoretischen Studie eines Elektrons, das von seinem Atomkern und einem intensiven Laser bis nahe an die Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird und aus dem Atom heraus tunnelt. Bisher war unklar, ob die Vorstellung, die sich Physiker vom Tunnelprozess machen, unter diesen relativistischen Bedingungen noch haltbar ist. Aus der Untersuchung ergibt sich auch, wie sich die Dauer des Tunnelprozesses, die sogenannte Eisenbud-Wigner-Smith-Zeit, messen lässt.
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