La luz ejerce una cierta cantidad de presión sobre un cuerpo:las velas solares podrían, por lo tanto, alimentar sondas espaciales en el futuro. Sin embargo, cuando las partículas de luz (fotones) golpean una molécula individual y eliminan un electrón, la molécula vuela hacia la fuente de luz. Los físicos atómicos de la Universidad Goethe han observado esto por primera vez, confirmando una teoría de 90 años.

Ya en el siglo XVI, el gran erudito Johannes Kepler postuló que la luz del sol ejercía una cierta presión, ya que la cola de los cometas que observó apuntaba constantemente en dirección opuesta al sol. En 2010, la sonda espacial japonesa Ikaros usó una vela solar por primera vez para aprovechar el poder de la luz solar para ganar un poco de velocidad.

Física e intuitivamente, la presión de la luz o la radiación se puede explicar por la característica de partícula de la luz:las partículas de luz (fotones) golpean los átomos de un cuerpo y transfieren una parte de su propio momento (masa por velocidad) a ese cuerpo, que así se vuelve más rápido.

Sin embargo, cuando en el siglo XX los físicos estudiaron esta transferencia de impulso en el laboratorio durante experimentos con fotones de ciertas longitudes de onda que eliminaron electrones individuales de los átomos, se encontraron con un fenómeno sorprendente:el impulso del electrón expulsado fue mayor que el del fotón que lo golpeó. Esto es realmente imposible, desde Isaac Newton se sabe que dentro de un sistema, para cada fuerza debe existir una fuerza igual pero opuesta:el retroceso, por así decirlo. Por esta razón, el científico de Munich Arnold Sommerfeld concluyó en 1930 que el impulso adicional del electrón expulsado debe provenir del átomo que dejó. Este átomo debe volar en dirección opuesta; en otras palabras, hacia la fuente de luz. Sin embargo, esto era imposible de medir con los instrumentos disponibles en ese momento.

Noventa años después, los físicos del equipo del estudiante de doctorado Sven Grundmann y el profesor Reinhard Dörner del Instituto de Física Nuclear han logrado por primera vez medir este efecto utilizando el microscopio de reacción COLTRIMS desarrollado en la Universidad Goethe de Frankfurt. Para hacerlo utilizaron rayos X en los aceleradores DESY en Hamburgo y ESRF en la Grenoble francesa, para eliminar electrones de las moléculas de helio y nitrógeno. Seleccionaron condiciones que requerirían solo un fotón por electrón. En el microscopio de reacción COLTRIMS, pudieron determinar el momento de los electrones expulsados ​​y los átomos de helio y nitrógeno cargados, que se denominan iones, con una precisión sin precedentes.

El profesor Reinhard Dörner explica:"No solo pudimos medir el impulso del ión, pero también vea de dónde vino, es decir, del retroceso del electrón expulsado. Si los fotones de estos experimentos de colisión tienen poca energía, el momento del fotón puede despreciarse para el modelado teórico. Con altas energías de fotones, sin embargo, esto conduce a la imprecisión. En nuestros experimentos, ahora hemos logrado determinar el umbral de energía para cuando ya no se pueda despreciar el momento del fotón. Nuestro avance experimental nos permite ahora plantear muchas más preguntas, como lo que cambia cuando la energía se distribuye entre dos o más fotones ".