Endlicher Aufenthalt im Quantentunnel

© DPA Ohne den quantenmechanischen Tunneleffekt gäbe es keinen radioaktiven Alpha-Zerfall von Atomkernen.
Gemäß der Quantenmechanik können mikroskopische Teilchen eigentlich unüberwindbare Energiebarrieren durchtunneln. Ob sie dafür Zeit brauchen oder nicht, wurde nun neu vermessen.

Von Sibylle Anderl | Frankfurter Allgemeine

Eine Merkwürdigkeit des Mikrokosmos betrifft die Fähigkeit von Quantenteilchen, Energiebarrieren zu überwinden, die nach den Gesetzen der klassischen Physik undurchdringlich sein sollten. Der quantenmechanische Tunneleffekt beruht darauf, dass sich ein Teilchen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in energetisch unzugänglichen Gebieten aufhält – der radioaktive Zerfall mancher Atomkerne wird dadurch beispielsweise möglich.

Wie lange es für ein Teilchen dauert, durch einen Potentialwall zu tunneln, war lange unbekannt. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg um Thomas Pfeiffer haben sich dieser Frage nun gewidmet. Dabei bestrahlten sie Atome mit kurzen Laserpulsen. Die Pulse überlagerten sich so mit dem elektrischen Feld des Atomkerns, dass sich die Wahrscheinlichkeit für ein gebundenes Elektron stark erhöhte, das Atom zu verlassen.

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Erste Antineutrino-Karte der Erde

Dies ist die erste Karte der Antineutrino-Ausstrahlung unseres Planeten © National Geospatial-Intelligence Agency/ AGM2015
Auch die Erde glüht – wenn man sie im Licht der Antineutrinos sehen könnte. Denn der radioaktive Zerfall im Inneren erzeugt einen stetigen Strom dieser Antiteilchen. Eine erste Weltkarte dieser irdischen Antineutrino-Strahlung haben Forscher jetzt im Fachmagazin „Scientific Reports“ vorgestellt. Sie gibt Aufschluss über das Brennstoff-Budget unseres Planeten, zeigt aber auch, wo aktive Kernreaktoren auf der Oberfläche zusätzliche Antineutrinos erzeugen.

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Tief im Inneren liegt der Wärmeofen der Erde, hier heizen die aus der Frühzeit übrig gebliebene Hitze und der radioaktive Zerfall von Elementen unseren Planeten auf. Beim sogenannten Betazerfall wandelt sich ein Proton in ein Neutron um und gibt dabei ein Elektron und ein Antineutrino ab. Weil diese Antiteilchen Materie genauso mühelos durchdringen können wie ihre Gegenparts, die Neutrinos, strömen ständig Antineutrinos aus dem Erdinneren an die Erdoberfläche und hinaus ins All.

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