Big Bang 7, Schulbuch

60 RG 7.2 G 7.2 Kompetenzbereich Quantenphysik Elektronenmikroskop In der Mikroskopie spielt das sogenannte Auflösungsver- mögen eine große Rolle. Darunter versteht man, wie groß die Unterscheidbarkeit feiner Strukturen ist. Damit man zwei Objekte noch getrennt wahrnehmen kann, muss die verwendete Wellenlänge kleiner als der Objektabstand sein (Abb. 33.20). Da Elektronen Welleneigenschaften aufweisen, kann man sie in einem Elektronenmikroskop ähnlich wie Licht verwen- den, um kleine Objekte darzustellen (Abb. 33.21). Wegen ihrer geringen Wellenlänge (Tab. 33.2, S. 59) haben Elektro- nen ein viel besseres Auflösungsvermögen als Photonen und liefern daher extrem detaillierte Bilder ( F15 ). i Abb. 33.20: Schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Objektabstand und Wellenlänge: Das kleine Bild rechts oben ent- spricht dem jeweiligen Blick durch das Mikroskop. Nur bei c und d sind die zwei Quadrate getrennt zu sehen, also aufgelöst. Abb. 33.21: Vergleich zwischen Licht- und Transmissions-Elektronen- mikroskop: An Stelle der optischen Linsen werden hier elektro- magnetische verwendet. Das Bild kann auf Grund der hohen Elektronenenergie nicht mit dem freien Auge betrachtet werden. Die Bilder sind immer s/w und werden koloriert. Zusammenfassung De Broglie erkannte, dass nicht nur Licht, sondern alle klei- nen Objekte sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften aufweisen. Man kann daher auch Elektronen, Atome und sogar Riesenmoleküle zur Interferenz bringen. Fußballquanten 1927 konnten die Physiker D AVISSON und G ERMER die Wellennatur von Elektronen nachweisen, indem sie diese durch Beugung an einem Kristall zur Interferenz brachten. Abb. 33.22 zeigt das Ergebnis eines modernen und etwas veränderten Experiments. Unter bestimmten Bedingungen ist die Wellenlänge von Röntgenlicht und schnellen Elektro- nen gleich groß (Tab. 33.2, S. 59). Deshalb müssen die Beu- gungsmuster auch gleich aussehen. Genau das konnte in- zwischen in vielen Experimenten gezeigt, und somit auch die Richtigkeit der de-Broglie-Gleichung belegt werden. 1999 gelang es einer Forschergruppe in Wien, sogar Riesen- moleküle aus 60 Kohlenstoffatomen zur Interferenz an einem Gitter zu bringen. Man nennt diese auch Fußball- moleküle, weil sie exakt wie kleine Fußbälle aussehen (Abb. 33.23). Die Masse dieser Riesenmoleküle ist rund 1 Mil- lion Mal größer als die von Elektronen. Richtige Quanten- brocken also! i Abb. 33.22: Beugungsmuster des Röntgenlichts (links) und eines Elekt- ronenstrahls nach dem Durchqueren von Aluminiumpulver: Weil die Wellenlängen vergleichbar sind (siehe Tab. 33.2), sind auch die Beugungsmuster praktisch gleich. Abb. 33.23: Beugungsbild von Fußballmolekülen an einem Gitter: Auf der y-Achse ist die relative Häufigkeit aufgetragen, mit der die Moleküle an bestimmten Stellen auftrafen. Die roten Punkte sind die Messwerte, die schwarze Kurve gibt die theoretischen Werte an. Rechts die Struktur des Riesenmoleküls. Z Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv