A luz exerce uma certa pressão sobre o corpo:as velas solares poderiam, assim, fornecer energia às sondas espaciais no futuro. Contudo, quando as partículas de luz (fótons) atingem uma molécula individual e eliminam um elétron, a molécula voa em direção à fonte de luz. Os físicos atômicos da Goethe University agora observaram isso pela primeira vez, confirmando uma teoria de 90 anos.

Já no século 16, o grande estudioso Johannes Kepler postulou que a luz do sol exercia uma certa pressão, como a cauda dos cometas, ele observou consistentemente apontada para longe do sol. Em 2010, a sonda espacial japonesa Ikaros usou uma vela solar pela primeira vez para usar a força da luz solar para ganhar um pouco de velocidade.

Fisicamente e intuitivamente, a pressão da luz ou radiação pode ser explicada pela característica de partícula da luz:partículas de luz (fótons) atingem os átomos de um corpo e transferem uma parte de seu próprio momento (massa vezes velocidade) para aquele corpo, que assim se torna mais rápido.

Contudo, quando, no século 20, os físicos estudaram essa transferência de momentum em laboratório durante experimentos com fótons de certos comprimentos de onda que eliminaram elétrons individuais dos átomos, eles foram recebidos por um fenômeno surpreendente:o momento do elétron ejetado era maior do que o do fóton que o atingiu. Na verdade, isso é impossível - desde Isaac Newton, sabe-se que dentro de um sistema, para cada força deve existir uma força igual, mas oposta:o recuo, por assim dizer. Por esta razão, o cientista de Munique Arnold Sommerfeld concluiu em 1930 que o momento adicional do elétron ejetado deve vir do átomo que deixou. Este átomo deve voar na direção oposta; em outras palavras, em direção à fonte de luz. Contudo, isso era impossível de medir com os instrumentos disponíveis na época.

Noventa anos depois, os físicos da equipe do estudante de doutorado Sven Grundmann e do professor Reinhard Dörner do Instituto de Física Nuclear conseguiram pela primeira vez medir esse efeito usando o microscópio de reação COLTRIMS desenvolvido na Goethe University Frankfurt. Para fazer isso, eles usaram raios-X nos aceleradores DESY em Hamburgo e ESRF em Grenoble francês, a fim de eliminar os elétrons das moléculas de hélio e nitrogênio. Eles selecionaram condições que exigiriam apenas um fóton por elétron. No microscópio de reação COLTRIMS, eles foram capazes de determinar o momento dos elétrons ejetados e os átomos de hélio e nitrogênio carregados - que são chamados de íons - com uma precisão sem precedentes.

O professor Reinhard Dörner explica:"Não fomos apenas capazes de medir o momento do íon, mas também veja de onde veio, ou seja, do recuo do elétron ejetado. Se os fótons nesses experimentos de colisão têm baixa energia, o momento do fóton pode ser desprezado para a modelagem teórica. Com altas energias de fótons, Contudo, isso leva à imprecisão. Em nossos experimentos, agora conseguimos determinar o limiar de energia para quando o momento do fóton não pode mais ser negligenciado. Nosso avanço experimental nos permite agora colocar muito mais questões, como o que muda quando a energia é distribuída entre dois ou mais fótons. "