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Struktur und Dynamik Poster: Mi., 14:00–16:30 M-P124
Attosekunden-Verschränkung: Ein neuer Quanteneffekt der Neutronenstreuung
C. A. C.-Dreismann 1 , M. Krzystyniak 1 , T. Abdul-Redah 1
1 Institut für Chemie, TU Berlin, D-10623 Berlin
Compton-Streuexperimente mit schnellen (sog. epithermischen) Neutronen an Protonen
verschiedener flüssiger und fester Systeme haben kürzlich neue Einsichten in die
Dynamik kondensierter Materie ermöglicht: Bisher unbekannte Prozesse werden sichtbar,
die in wenigen hundert Attosekunden (as) ablaufen [1,2]. Auf dieser ultrakurzen
Zeitskala gehen die Protonen in der Materie eine komplexe quantenmechanische Verschränkung
mit den ihnen benachbarten Elektronen ein. Als Folge davon scheinen diese
Protonen beim Streuprozess teilweise zu ” verschwinden“: Wasser zum Beispiel erscheint
als H1,5O anstatt H2O [1]. Diese Experimente wurden an der gepulsten Spallationsquelle
ISIS (Spektrometer Vesuvio, Rutherford Appleton Laboratory) durchgeführt. Dieser
überraschende Effekt wurde auch mit Hilfe einer unabhängigen experimentellen Methode
nachgewiesen, der Elektron-Proton Compton-Streuung [2]. Dadurch wurde auch gezeigt,
dass dieser Effekt unabhängig von der zugrunde liegenden fundamentalen Wechselwirkung
(starke bzw. elektromagnetische) ist [3], und somit ein Verschränkungseffekt
sein kann, wie theoretisch vorhergesagt.
Der genannte Effekt steht im Widerspruch zur konventionellen Theorie der Neutronenstreuung,
in der Verschränkung und Dekohärenz keine Rolle spielen [1,2]. Deshalb
wurde er seit seiner Entdeckung von mehreren Seiten stark angegriffen. Nun gelang
es Bruno Dorner (ILL, Grenoble) mit einer qualitativ neuen Auswertungsmethode [4],
bisherige, am Metallhydrid NbH0.8 bei T = 293 K gewonnene Ergebnisse eindrucksvoll
zu bestätigen; für eine Übersicht s. [4b]. Es ist wichtig zu bemerken, dass Dorners
Methode nur die o.g. Peak-Separation voraussetzt, aber von jeglicher Annahme über
(a) die genaue Form der apparativen Auflösungsfunktion und (b) die spezifische Form
eines Peaks völlig frei ist − es handelt sich hier um eine modell-freie Methode“ [4].
”
Eine weitere, unabhängige Bestätigung des Effektes gelang Senesi et al. [5] mit Hilfe
der sog. exakten“ Methode zur Analyse der am Vesuvio gewonnenen Flugzeitdaten.
”
Dieser as-Effekt [1,2] dürfte weitreichende Bedeutung auf ganz verschiedene Gebiete
haben, wie z.B. der Neutronenphysik, Streuung an offenen Quantensystemen, kondensierte
Materie, Molekülphysik und Dynamik chemischer Reaktionen.
[1] C. A. Chatzidimitriou-Dreismann et al., Phys. Rev. Lett. 79 (1997) 2839; Physik
in unserer Zeit, Juli 2004, S. 174 [2] C. A. Chatzidimitriou-Dreismann et al., Phys.
Rev. Lett. 91 (2003) 057403 [3] Physics Today, (Sept. 2003) 9; Scientific American,
(Okt. 2003) 20 [4] (a) B. Dorner, Nucl. Instr. Meth. B, im Druck (2006), ” online“-
Version vom 2. Mai 2006; J. Neutron Research 13 (2005) 267; M. Krzystyniak et al.,
Phys. Rev. B 72 (2005) 174117 (b) C. A. Chatzidimitriou-Dreismann, Physik Journal
5 (Mai 2006) 16 [5] R. Senesi et al., Phys. Rev. B 72 (2005) 054119