Bizarre Quantenmechanik: Elektronen können theoretisch an mehreren Orten zugleich sein. Einem internationalen Forscherteam ist es erstmals gelungen, diese Vorhersage im Experiment tatsächlich zu bestätigen. Dabei mussten sie ein grundlegendes Problem der Quantenmechanik überwinden: Wie weist man gleich zwei Aufenthaltsorte eines Elektrons nach, dessen Aufenthaltsort prinzipiell unbestimmbar ist?
Die Quantenmechanik sorgt oft für faszinierende, aber mitunter schwer verständliche Phänomene. Elektronen, so die geläufige Theorie, lassen sich in ihrem Aufenthaltsort nicht genau bestimmen und nicht individuell unterscheiden. Andererseits besagt die Quantenmechanik aber auch, dass Elektronen sich mitunter an zwei Orten gleichzeitig aufhalten können. „Vermutet hat man dieses für den Laien schwer verständliche Verhalten schon lange“, erläutert Arno Ehresmann von der Universität Kassel.
In einem einfachen Molekül aus zwei gleichen Atomen, wie etwa dem Sauerstoffmolekül O2, kreisen einige Elektronen sehr dicht um die beiden Atomkerne. Mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit, so besagen die Regeln der Quantenmechanik, befindet sich ein Elektron dabei gleichzeitig in der Nähe sowohl des einen als auch des anderen Atomkerns im Molekül: Es ist also an zwei Orten zugleich. Bloß, wie weist man dies nach?
Einsteins Weg aus dem Dilemma
Einen Weg aus diesem Dilemma liefert der bereits von Albert Einstein beschriebene Photoeffekt: Licht mit ausreichender Energie kann ein Elektron aus der Bindung zwischen zwei Atomen entfernen. Trifft ein Photon ein Elektron hart genug, tritt es seine Energie ab und schlägt das Elektron förmlich aus dem Molekül heraus.
