Es war schon eine bemerkenswert clevere Methode, sich Ernst Erwin Müller 1936 ausdachte, und mit deren Weiterentwicklungen er der erste Mensch wurde, der Atome tatsächlich sichtbar gemacht hatte. Bei der Feldelektronenmikroskopie und später dem Feldionenmikroskop jagte man einen Strom durch eine sehr feine Nadelspitze. Elektronen tunneln aus der Nadelspitze heraus und werden zu einem Leuchtschirm hin beschleunigt – und je nach Struktur der Spitze ist der Austritt leichter, sodass Atome an der Oberfläche durch hellere Punkte auf dem Leuchtschirm sichtbar werden. Später gab man ein Edelgas in die Kammer, sodass die durch austretende Elektronen beschleunigten Edelagsatome den Schirm trafen.

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Quelle: Wikimedia Commons, Tatsuo Iwata, Creative Commons 2.0

So ähnlich sieht das dann aus, hier ein Bild von einer Molybdän-Spitze.

Aber jetzt ist man noch weiter: Bilder AUS einem Atom. Wir wissen, dass das Elektron nicht als Kügelchen da rum schwirrt, sondern als Wahrscheinlichkeitswolke in verschiedenen Konfigurationen erscheint. Forscher aus Kharkov in der Ukraine haben jetzt die alte Methode verwendet, um solche Elektronenwolken sichtbar zu machen.

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Die Methode war gleich geblieben, nur dass man mittlerweile enorm spitze Spitzen herstellen kann – durch Manipulation von Kohlenstoffketten nur wenige 10 Atome breit. Dadurch erreicht man eine höhere Auflösung, und wie man sieht wird dadurch die Elektronenwolke im Atom sichtbar – sichtbare Quantenmechanik.

Kommentare (16)

  1. #1 klauszwingenberger
    09/17/2009

    War das nicht Ernst Mach, der bei jeder Erwähnung des Atoms die Frage stellte: “Hams aan gsehn?” Heute antworten wir: Yesss!

  2. #2 Andrea N.D.
    09/17/2009

    Klasse – das verstehe ich unter SB.

  3. #3 Henry
    09/18/2009

    Schade, dass ich in Chemie / Physik immer so eine Niete war. Das hört sich echt interessant an!

  4. #4 Jörg Friedrich
    09/18/2009

    Ich würde gern einmal den Original-Artikel lesen, mit den Suchbegriffen “Kharkov” und “Carbon” habe ich in Physical Review B nichts gefunden, was auf diese Geschichte passt. Kann jemand helfen?

  5. #5 beka
    09/18/2009

    Das sind wohl die p- und s-Orbitale von Graphit. Ein Artikel ist in
    InsideScience erschienen.

    [1] Igor M. Mikhailovskij, Kharkiv Institute of Physics and Technology

  6. #6 Jörg Friedrich
    09/18/2009

    InsideScience verweist ja nur auf Physical Review B, allerdings ohne Band oder Seitenzahl anzugeben. Von Igor Mikhailovskij findet man dort aber nur ein Paper von 2008, das wohl kaum gemeint sein kann (auch wenn ich im Moment nur den Abstract lesen kann, muss wohl nachher mal in die Bibliothek gehen). Mich interessiert, wie wirklich formuliert wurde. Es ist ja ein Unterschied, ob man sagt, man würde eine “Elektronenwolke” oder eine “Wahrscheinlichkeitswolke von Konfigurationen von Elektronen” sichtbar machen.

  7. #7 Jörg
    09/18/2009

    Der Artikel ist noch nicht erschienen, anscheinend, da steht

    “The pictures will be soon published in the journal Physical Review B. ”

    http://www.ukrinform.ua/eng/order/?id=169770

    ist ja ein Unterschied, ob man sagt, man würde eine “Elektronenwolke” oder eine “Wahrscheinlichkeitswolke von Konfigurationen von Elektronen” sichtbar machen.

    Im Atom? Ne.

  8. #8 Jörg Friedrich
    09/18/2009

    @Jörg Danke für den Hinweis dass der Artikel noch nicht erschienen ist, auch bei InsideScience stand ja “soon to be published in the journal Physical Review B” – genaueres Lesen hätte mir langes Suchen erspart. Über die Frage, ob man eine Wahrscheinlichkeitswolke (oder eben die stehende Wahrscheinlichkeitswelle eines Elektrons im Atom) sehen kann, was dann “sehen” bedeutet und was im Gegenzuge dazu die Elektronenwolke ist, die man hier “sehen” kann, mag ich hier nicht streiten.

  9. #9 Andrea N.D.
    09/18/2009

    Das verstehe ich als absoluter Laie nicht mehr. Im Text steht es doch eigentlich ganz klar. Jetzt wird plötzlich ein Unterschied behauptet. Ist der Unterschied zwischen Wahrscheinlichkeitswolke und “wahrscheinlicher” Elektronenwolke (= keiner?) oder besteht der Unterschied in der Wolkenqualität bzw. -form? Oder ist das einfach nur sprachliche Erbsenzählerei?

  10. #10 Jörg Friedrich
    09/18/2009

    Es ist schon in Ordnung. Es ist Erbsenzählerei. Ich will nicht streiten. Mich hatte nur interessiert, wo man den Originalartikel lesen kann.

  11. #11 Andrea N.D.
    09/18/2009

    Da bin ich beruhigt. Ich habe den Artikel nämlich begeistert meinen Kindern nahegebracht und will ihnen ja keinen Unsinn erzählen.

  12. #12 beka
    09/18/2009

    Wenn man Elektronen als Wellenfunktion versteht, dann umhüllt ein Elektron den Atomkern wie die Atmosphäre einen Planeten. Die einzelnen Orbitale wären dann einfach nur unterschiedliche Schichten, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit rotieren.

    Versteht man es als Teilchen, ist die Elektronenwolke die Summe aller Aufenthaltswahrscheinlichkeiten: quasi eine Langzeitbelichtung eines Partikels, das mit unendlich grosser Geschwindigkeit um einen Kern herumsaust.

    Beides ist richtig.

  13. #13 Jörg
    09/18/2009

    Ich behalte im Auge, wenn der Artikel erscheint, mich interessiert eher wie die das einzelne Atom abgebildet haben unabhängig von seinen Nachbarn.

  14. #14 KippSsorn
    01/18/2012

    Das ist Teufelswerk. Finger weg von den Atomen.

    Regards
    Kipp

  15. #15 Gustav
    01/19/2012

    @Jörg: Wahrscheinlichkeitswolke/Elektronenwolke bzw @beka:

    Wenn man Elektronen als Wellenfunktion versteht, dann umhüllt ein Elektron den Atomkern wie die Atmosphäre einen Planeten. Die einzelnen Orbitale wären dann einfach nur unterschiedliche Schichten, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit rotieren.

    Die Wellenfunktion ist doch nichts reales und beschreibt eben nicht die Teilchenwelle, sondern die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Teilchens bzw den quantenmechanischen Zustand eines Teilchen. Der Wellenfunktion kommt ja in diesem Sinne keine physikalischen Realität zu, merkt man doch auch daran, dass die Amplitude “complex valued” ist.

    Die Wellenfunktion ist damit doch schon etwas unterschiedliches zur “Elektronenwolke”. Die Wellenfunktion ist eine Beschreibung des Zustands und die “Elektronenwolke” ist die diffuse Abbildung des Elektrons über einen bestimmten Zeitraum. und die grundsätzliche Unmöglichkeit das anders als diffus abzubilden

    Oder irre ich mich da gerade sehr?

  16. #16 Gustav
    01/20/2012

    Ich merke gerade, dass ich sehr spät dran bin, mit meinen Einwand… 😉