Die Technische Universität Ilmenau ist am Dienstag, dem 8. Juli, Gastgeber eines spannenden Vortrags im Rahmen der Reihe „Quanten in Ilmenau“. Professor Stefan Krischok wird um 17:15 Uhr im Hörsaal des Faradaybaus über „Der Photoeffekt – 120 Jahre nach Einsteins wunderbarem Jahr“ referieren. Der Eintritt ist frei, und die Veranstaltung ist Teil des „Internationalen Jahres der Quantenwissenschaft und Quantentechnologien“, das von den Vereinten Nationen ins Leben gerufen wurde, um die Erkenntnisse der Quantenphysik und ihren Einfluss auf das tägliche Leben sichtbar zu machen.
In seiner Präsentation wird Professor Krischok die entscheidende Bedeutung des photoelektrischen Effekts für die Quantenmechanik beleuchten, der erstmals 1905 von Albert Einstein erklärt wurde. Der photoelektrische Effekt beschreibt die Emission von Elektronen von einer Metalloberfläche, wenn diese mit Licht oder energiereichen Photonen bestrahlt wird. Die kinetische Energie der emittierten Elektronen hängt von der Frequenz der Strahlung ab, nicht jedoch deren Intensität. Jedes Metall hat eine Schwellenfrequenz, unterhalb derer keine Elektronen emittiert werden. Dies ist ein zentraler Punkt von Einsteins Theorie, die auch die Grundlage für viele gegenwärtige Forschungsansätze in der Material- und Oberflächenphysik bildet.
Bedeutung des Photoeffekts in der Wissenschaft
Einstein stellte zwei grundlegende Annahmen auf: Erstens besteht Licht aus Photonen, deren Energie durch die Beziehung von Max Planck bestimmt wird. Zweitens kann ein Atom im Metall entweder ein ganzes Photon absorbieren oder nichts. Die Energie des absorbierten Photons befreit ein Elektron, was eine feste Energie, die als Arbeitsfunktion bekannt ist, benötigt. Übrige Energie geht in die kinetische Energie des Elektrons über. Diese Einsichten waren bahnbrechend und wurden seit der Veröffentlichung von Einsteins Arbeit im Jahr 1905 durch zahlreiche Experimente bestätigt.
Bereits 1887 hatte der deutsche Physiker Heinrich Hertz das Phänomen des photoelektrischen Effekts entdeckt, als er beobachtete, dass ultraviolettes Licht Funken auf einer Metallplatte erzeugen kann. Es stellte sich heraus, dass unterschiedliche Metalle unterschiedliche minimale Lichtfrequenzen benötigen, um Elektronen zu emittieren. Eine erhöhte Lichthelligkeit erhöht zwar die Anzahl der emittierten Elektronen, jedoch nicht deren Energie. Unterdessen führt eine höhere Lichtfrequenz zur Erzeugung energiereicherer Elektronen.
Die Entwicklung der Quantenmechanik
Die Quantenmechanik selbst wurde erst 1925 von Werner Heisenberg formuliert, nachdem Einstein und andere Pioniere wie Niels Bohr und Max Planck grundlegende Theorien entwickelt hatten. Bohr, der 1913 Einsteins Annahmen auf die atomare Spektroskopie anwandte, zeigte, dass Licht von gasförmigen Atomen bei geringem Druck in diskreten Wellenlängen emittiert wird, die charakteristisch für das jeweilige Element sind.
Einsteins Interessen in der Wissenschaft begannen bereits im Alter von vier oder fünf Jahren mit einem Magnetkompass, und seine Leidenschaft führte ihn schließlich dazu, als Patentprüfer zu arbeiten, während er theoretische Physik im Nebenerwerb betrieb. Die Veröffentlichung seiner Arbeit über den photoelektrischen Effekt im März 1905 leitete eine neue Ära in der Physik ein, für die er 1921 den Nobelpreis erhielt.
Die kommende Vortragsreihe an der TU Ilmenau, die insgesamt sechs Vorträge umfasst, zeigt das Engagement der Universität zur Förderung des Wissens über Quantenwissenschaft und deren Anwendungen, während sie die Entwicklung der Quantenmechanik und ihre aktuellen Innovationen in der Forschung würdigt.
