Vakuum: Das scheinbare Nichts mit Superkraft kontrolliert mit virtuellen Photonen

Das Vakuum ist ein Paradox. Das scheinbare Nichts brodelt unablässig und erzeugt selbst am absoluten Temperatur-Nullpunkt andauernd Lichtfluktuationen.

Wissenschaftler der Theorie-Abteilung des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) am Center for Free-Electron Laser Science in Hamburg siond dem neuerlichx nachgegangen und haben mit Computersimulationen gezeigt, dass in atomar dünnen Schichten eines Supraleiters sich durch virtuelle Photonen die Kraft zwischen Elektronen und Gitterverzerrungen kontrollieren lässt

Diese virtuellen Photonen warten gewissermaßen darauf, gebraucht zu werden, dann erst existieren sie. Sie können Kräfte vermitteln und Eigenschaften von Materie verändern. Die Vakuum-Kraft ist beispielsweise dafür bekannt, den Casimir-Effekt zu erzeugen: Bringt man zwei parallele metallische Platten eines Kondensators sehr nah zusammen, dann kann man eine mikroskopisch kleine Anziehungskraft zwischen ihnen messen, selbst wenn die Platten nicht elektrisch aufgeladen sind.

Dieser Effekt hat viele Phantasien schon beflügelt; realisiert wurde noch keine, was nicht meint, es sei nicht möglich. Diese Kraft entsteht, indem die beiden Platten virtuelle Photonen austauschen. Das kann man sich vorstellen wie zwei Eisläufer, die sich einen Ball hin und her werfen und durch den Rückstoß voneinander abgestoßen werden. Wenn man den Ball nicht sehen würde, könnte man denken, dass eine abstoßende Kraft zwischen den Eisläufern wirkt. “Wir sind erst am Anfang unserer Verständnisses dieser Prozesse“, sagt Michael Sentef. „Beispielsweise wissen wir gar nicht so genau, wie stark der Einfluss des Vakuum-Lichts auf die Schwingungen an der Oberfläche in der Realität wäre. Wir reden hier von Quasiteilchen aus Licht und Phononen, den Phonon-Polaritonen.“, womit man die Wechselwirkung zwischen Licht und Struktur der Materie aus einem neuem Blickwinkel verstehen kann. All dies  könnte die Entwicklung neuer Supraleiter für energiesparende Geräte und viele andere technische Anwendungen ermöglichen.

Originalpublikation: M. A. Sentef, M. Ruggenthaler and A. Rubio Cavity quantum-electrodynamical polaritonically enhanced electron-phonon coupling and its influence on superconductivity
Science Advances, 30 Nov 2018: Vol. 4, no. 11, eaau6969.
DOI: 10.1126/sciadv.aau6969

(Quelle/Sender: MPSD)