Photonenspaltung nachgewiesen

Russische Physiker haben erstmals nachgewiesen, dass sich ein Photon in mehrere Tochter-Photonen aufspalten kann. Der als Photonenspaltung bezeichnete Vorgang war von Theoretikern bereits vor langer Zeit vorhergesagt worden. Man nimmt an, dass er beispielsweise die Strahlung von Neutronensternen dämmt.

Elementarteilchen können sich laufend in “virtuelle Teilchen” und zurück verwandeln. Beispielsweise kann ein Photon sich in ein Paar aus Elektron und Positron umwandeln, das sich schnell wieder zu dem Photon vereint. Findet dieser vorübergehende Persönlichkeitswechsel in der Nähe eines Atoms statt, kann dieses einen messbaren Effekt auf die virtuellen Teilchen und damit auf das Photon haben.

Ein mögliches Resultat dieser Einwirkung ist die so genannte Photonenspaltung. Dabei gibt eines der virtuellen Teilchen im elektromagnetischen Feld des Atoms ein Photon ab, bevor es sich wieder mit seinem Pendant vereint. Aus einem Photon sind zwei geworden, die die Energie des ursprünglichen Photons unter sich aufteilen.

Alexander Milstein und seine Kollegen vom Budker-Institut für Kernphysik in Novosibirsk machten sich bereits vor einigen Jahren daran, die Existenz dieses bizarren Prozesses nachzuweisen. Die Forscher ließen Photonen aus einem Infrarot-Laser und Elektronen aus einem Teilchenbeschleuniger kollidieren und erzeugten so Gammastrahlung mit Energien zwischen 100 und 450 Millionen Elektronenvolt. Diese Gamma-Photonen passierten einen Wismut-Germanat-Kristall – die passende Umgebung für eine Photonenspaltung – und trafen schließlich auf einen Detektor.

Bereits im Jahr 1995 hatten Milstein und sein Team vorläufige Ergebnisse präsentiert, die für eine Photonenspaltung sprachen. Inzwischen haben sie ihre Messwerte vollständig analysiert und präsentieren das Ergebnis im Fachblatt “Physical Review Letters”. Unter den 1,6 Milliarden registrierten Photonen fanden sich demnach 400 Photonen-Paare, deren Energien sich zu dem passenden Wert aufaddierten. Diese Zahl passt zu dem von der Theorie vorhergesagten Wert. Die Existenz der Photonenspaltung sei eigentlich nicht angezweifelt worden, zitiert die “American Physical Society” Martin Schumacher von der Universität Göttingen. “Solche grundlegenden Prozesse sollten aber beobachtet werden, bevor man sie als Teil unseres Wissens ansieht.”