Physiker haben den ersten atomaren Wirbelstrahl der Welt geschaffen – ein wirbelnder Wirbel aus Atomen und Molekülen mit mysteriösen Eigenschaften, die noch verstanden werden müssen.
Indem sie einen geraden Strahl aus Heliumatomen durch ein Gitter aus winzigen Schlitzen schickten, konnten Wissenschaftler die seltsamen Regeln der Quantenmechanik nutzen, um den Strahl in einen sich drehenden Wirbel zu verwandeln. Diese Drehung des Strahls, der als Bahndrehimpuls bezeichnet wird, gibt ihm eine neue Bewegungsrichtung, die es ihm ermöglicht, auf eine Weise zu agieren, die Forscher noch nicht vorhergesagt haben. Wissenschaftler glauben beispielsweise, dass sich drehende Atome neben anderen unvorhersehbaren Effekten einen Strahl zusätzlicher Dimensionen zum Magnetismus hinzufügen können, da sich die Elektronen und Kerne in den spiralförmigen Wirbelatomen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen.
Die Forscher erzeugten den Strahl, indem sie Heliumatome durch ein Gitter aus winzigen Schlitzen mit einem Durchmesser von jeweils nur 600 Nanometern leiteten. Im Bereich der Quantenmechanik – dem Satz von Regeln, die die Welt der sehr kleinen Mengen regieren – können sich Atome wie Teilchen und wie winzige Wellen verhalten, so dass ein Strahl aus wellenförmigen Heliumatomen durch ein Gitter gebeugt und so stark gebogen wurde, dass er sich bildete ein Wirbel, der wie ein Korkenzieher durch den Raum raste.
Die Wirbelatome trafen dann auf einen Detektor, der mehrere Strahlen – unterschiedlich stark gebeugt und mit unterschiedlichem Drehimpuls – in Form von winzigen Donut-ähnlichen Ringen zeigte. Die Wissenschaftler bemerkten auch noch kleinere und hellere Ringe, die sich in den drei zentralen Wirbeln verkeilten. Dies sind Anzeichen für Helium-Excimere – Moleküle, die entstehen, wenn ein energetisch angeregtes Heliumatom an einem anderen Heliumatom haftet.
Der auf die Atome innerhalb des Spiralbündels übertragene Bahndrehimpuls ändert auch die quantenmechanischen Auswahlregeln, die bestimmen, wie die verdrillten Atome mit anderen Teilchen interagieren. Als nächstes werden die Forscher diese Heliumstrahlen in Photonen, Elektronen und Atome anderer Elemente als Helium zerlegen, um zu sehen, wie sie sich sonst verhalten könnten.
Wenn sich der Wirbelstrahl tatsächlich anders verhält, könnte er ein idealer Kandidat für einen neuen Mikroskoptyp sein, der unerforschte Details auf subatomarer Ebene untersuchen kann.
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