Einwirkungen auf ein Quarz-/Feldspatkörnchen (Bild: Public Domain)
Was passiert dabei nun genau?
Jede der eben beschriebenen Strahlungen kann dazu führen, dass den Elektronen, die sich ja im Valenzband befinden, soviel Energie zugeführt werden kann, dass diese die verbotene Zone überwinden können und ins Leitungsband gehoben werden können. Wenn das passiert, dann lassen sie im Valenzband aber ein sogenanntes „Loch“, ein Quasiteilchen, zurück, das positiv geladen ist und sich nun im Valenzband bewegen kann (Abbildung 1 Teilbild 2). Ich spreche immer so, als sei völlig klar, wo im Kristall sich das Elektron und wo sich das Loch befindet. Quantenmechanisch betrachtet lassen sich freie Elektronen und Löcher aber nicht genau lokalisieren, sondern es lassen sich, ausgehend von ihren überlappenden Wellenfunktionen, nur gewisse Aufenthaltswahrscheinlichkeiten angeben.
Wieder im Bild unseres Hochhauses gesprochen ist nun also folgendes möglich: Hr. Elektron fährt quasi mit dem Aufzug vom Erdgeschoss direkt in die dritte Etage und lässt sein Gegenstück, Fr. Elektron, im Erdgeschoss zurück. Beide können sich in ihrem Stockwerk frei bewegen, wissen jedoch nicht gegenseitig wo genau sie sich gerade genau befinden.
Nun kann es jedoch vorkommen, dass die neuen Wohnungen in der ersten Etage für Fr. Elektron so attraktiv erscheinen, dass sie diese vom Erdgeschoss aus mit dem Aufzug besucht. Ebenso ist es möglich, dass die neuen Wohnungen in der zweiten Etage für Hr. Elektron so verführerisch sind, dass er mit dem Aufzug in die zweite Etage hinab fährt. Wie das so ist kann man unterschiedlich lange in fremden Wohnungen bleiben und somit dort verweilen. Und oft ist eine Menge an Energie und Aufwand nötig, um die Besucher aus den Wohnungen im ersten bzw. zweiten Stock wieder loszuwerden.
Genauso ist es nun auch in unserem Bändermodell: Die Elektronen können vom Leitungsband aus in Energieniveaus knapp unterhalb des Leitungsbandes eingefangen werden und hier für teilweise sehr lange Zeiten aufbewahrt werden. Dies hängt damit zusammen wie weit diese Elektronenfalle vom Leitungsband entfernt liegt und wie oft sich das Elektron versucht aus dieser Falle zu befreien.
Ebenso ist es für das Loch möglich knapp oberhalb des Valenzbandes eingefangen zu werden und hier zu verweilen.
Können Elektronen bzw. Löcher sich überhaupt daraus befreien? Ja, wenn wieder Energie zugeführt wird, um es in das Leitungsband zu heben. Von dort hat es dann die Möglichkeit wieder ins Valenzband zu gelangen oder aber mit einem Loch, das sich seinerseits in einer Lochfalle (Analogon zur Elektronenfalle und damit näher am Valenzband) befindet, zu rekombinieren (Abbildung 1, Teilbild 4).
Und genau diese Rekombinationen sind es nun das, die uns interessieren, denn beim Rekombinieren in den Lochfallen entsteht ein typisches Aufleuchten im sichtbaren Bereich, so dass wir dies beobachten können.
Alles was bisher geschrieben wurde ist natürlich nur für ein Elektron und ein Loch repräsentativ. Jedoch gibt es davon natürlich sehr viel mehr in einer Quarzprobe, die zur Datierung hergenommen wird.
Einfach ausgedrückt können wir also davon ausgehen, dass je intensiver das Aufleuchten der betrachteten Probe war, desto mehr Elektronen wurden aus den Fallen herausgelöst. Je mehr Elektronen aber in den Fallen waren, desto mehr Elektronen mussten überhaupt erstmal über das Leitungsband in die Fallen gelangen und damit muss auch das Quarz- oder Feldspatkörnchen länger radioaktiver Strahlung ausgesetzt wesen sein, denn sonst hätten die Elektronen niemals die Energie zugeführt bekommen um überhaupt vom Valenz- ins Leitungsband gehoben zu werden (vorausgesetzt die umgebende Strahlung war über lange Zeit konstant, wovon ausgegangen wird).
Die Energie, die den gefangen Elektronen zugeführt wird um sie aus den Fallen zu befreien, ist beispielsweise Wärme oder Licht. Und genau hier unterscheidet sich dann die Auswertung beziehungsweise das Datierungsverfahren. Denn der Geomorphologe unterscheidet dann zwischen TL, thermischer Lumineszenz, und OSL, optisch stimulierte Lumineszenz. Optisch und thermisch kommt eben von der unterschiedlichen Energiezuführung und Lumineszenz heißt es deswegen, weil bei der Rekombination eben Licht ausgesendet wird.
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