Wissenschaftlern der University of British Columbia (UBC) ist ein bedeutender Durchbruch in der theoretischen Physik gelungen.
Sie konnten erstmals den sogenannten Schwinger-Effekt experimentell nachahmen – ein seit 1951 postuliertes, aber praktisch unerreichbares Phänomen. Laut Julian Schwingers Theorie entstehen in einem extrem starken elektrischen Feld spontan Elektron-Positron-Paare aus dem Vakuum – Materie, die scheinbar aus dem Nichts auftaucht. Da solche Feldstärken bislang technisch nicht erzeugbar sind, galt der Effekt lange als rein theoretisch.
- Auf diesem Planeten regnet es Tropfen aus geschmolzenem Titan
- Studie verändert die Suche nach außerirdischem Leben komplett
- TU Wien bekommt "Hightech-Atomuhr"
Die Forscher Philip Stamp und Michael Desrochers entwickelten nun einen innovativen Ansatz: Anstelle eines Vakuums nutzten sie einen ultradünnen Film aus superfluidem Helium-4. "Supraflüssiges Helium-4 ist ein Wunder. Es ist nur wenige Atomschichten dick und kann sehr leicht auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei der es sich im Wesentlichen in einem reibungslosen Vakuumzustand befindet", erklärt Philip Stamp in einer Aussendung. Wenn man das Helium fließen lässt, entstehen spontan Wirbel- und Anti-Wirbel-Paare, die Schwingers Elektron-Positron-Paaren entsprechen. Damit eröffnet sich ein neuer Weg, kosmische Vorgänge experimentell nachzuvollziehen.
Ergebnisse könnten weitreichende Bedeutung haben
Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Fachzeitschrift PNAS, könnten weitreichende Bedeutung haben. "Wir glauben, dass der Helium-4-Film eine schöne Analogie zu mehreren kosmischen Phänomenen bietet", sagt Stamp. "Das Vakuum im Weltraum, Quanten-Schwarze-Löcher, sogar der Beginn des Universums selbst. Und das sind Phänomene, die wir in keinem direkten Experiment je untersuchen können."
Besonders spannend ist die Entdeckung, dass sich die Masse der Wirbel je nach Bewegung verändert. "Es ist spannend zu verstehen, wie und warum die Masse variiert und wie sich dies auf unser Verständnis von Quantentunnelprozessen auswirkt, die in der Physik, Chemie und Biologie allgegenwärtig sind", sagt Desrochers.
