Ein internationales Forscherteam hat erstmals Moleküle dabei gefilmt, wie sie ein Interferenzmuster erzeugen. Diese Art der Wechselwirkung ist normalerweise typisch für Wellen, kann aber auch von kleinen Teilchen hervorgerufen werden. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ berichten, eröffnet das von ihnen entwickelte Verfahren auch neue Möglichkeiten, die Eigenschaften von Teicehn zu erforschen.
Die Quantentheorie beschreibt die Welt der Atome sehr präzise. Dennoch entzieht sie sich der direkten Beobachtung in der Alltagswelt. Der Welle-Teilchen-Dualismus ist eines der bekanntesten Beispiele dafür. Er besagt, dass Materieteilchen sich wie Wellen ausbreiten und wechselwirken können. Von Strahlung wie dem sichtbaren Licht ist bekannt, dass Wellen, die durch zwei schmale, nebeneinanderliegende Spalten fallen, sich dahinter kreisförmig ausbreiten. Dabei treffen die Wellen der beiden Spalten aufeinander und beeinfllussen sich gegenseitig. Treffen zwei Wellenberge aufeinander, addiert sich ihre Wellenintensität. Auf einem Wandschirm entsteht an dieser Stelle ein besonders heller Streifen. Treffen dagegen ein Wellenberg und ein Wellental aufeinander, heben sie sich gegenseitig auf. Auf dem Schirn entsteht ein dunkler Streifen.
Moleküle durch ein ptisches Gitter geschickt
Genau dieses Muster haben nun die Forscher auch mit Hilfe eines Strahls aus Molekülen erzeugt und gefilmt. Für das Experiment stellten Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie und der Universitäten Wien und Tel Aviv zunächst fluoriszierende Moleküle eines Stoffs namens Phtalocyanin her. Diese bestanden bis zu 114 Atomen. Die Moleküle wurden beschleunigt, als langsamer Strahl durch ein optisches Gitter geschickt und landeten auf einem Sichtschirm. Dort wurden sie durch einen Laser zum Leuchten angeregt und so sichtbar gemacht.
Wie das Interferenzmuster sich aus den einzelnen Lichtpunkten zusammensetzt, hat ein Fluoreszenzmikroskop dabei über 90 Minuten verfolgt. Der Aufbau ist so empfindlich, dass jedes einzelne Molekül auf dem Schirm auf etwa zehn Nanometer genau lokalisiert wird. „Zu sehen, wie sich das Interferenzmuster mit jedem Lichtfleck, Molekül für Molekül, aufbaut und sich ein Grundprinzip der Quantenmechanik darstellt, vertieft unser Verständis der atomaren Welt“, erklärt Marcel Mayor, der am Karlsruher Institut für Technologie und an der Universität Basel forscht und lehrt.
