Berliner Physiker haben gezeigt, dass Elektronen in Halbleiterkristallen bei starker Beschleunigung durch ein elektrisches Feld eine negative Masse annehmen. Die Forscher stellen die Ergebnisse ihrer Experimente in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ vor.
Isaac Newton fand im 17. Jahrhundert heraus, dass eine Kraft die Beschleunigung eines Körpers bewirkt. Die träge Masse des Körpers entspricht dem Verhältnis von Kraft zu Beschleunigung, das heißt bei gleicher Kraft erfährt ein leichter Körper eine größere Beschleunigung als ein schwerer. Die Masse des Körpers ist positiv, das bedeutet die Beschleunigung erfolgt in der Richtung der Kraft. Geladene Elementarteilchen wie das freie Elektron, dessen Masse nur 10 hoch -30 Kilogramm beträgt, lassen sich in elektrischen Feldern auf extrem hohe Geschwindigkeiten beschleunigen.
Auch die Bewegung von Elektronen in Kristallen folgt dieser Gesetzmäßigkeit, sofern die elektrischen Felder klein sind. In diesem Regime besitzt das Kristallelektron eine Masse, die nur einen Bruchteil der Masse des freien Elektrons beträgt.
Extrem kurze Beschleunigungsphase
Berliner Forscher haben jetzt gezeigt, dass Kristallelektronen in extrem hohen elektrischen Feldern jedoch ein völlig anderes Verhalten zeigen und ihre Masse sogar negative Werte annimmt. Wie sie in der neuesten Ausgabe von Physical Review Letters berichten, wurde das Elektron zunächst in einer extrem kurzen Beschleunigungsphase von nur 100 Femtosekunden – dies entspricht 0,0000000000001 Sekunden – auf eine Geschwindigkeit von vier Millionen Stundenkilometer gebracht.
