Quanteneffekt sorgt für kontrollierten Wärmefluss

Neue Erkenntnisse über das Zusammenspiel von Thermodynamik und Quantenmechanik hat jetzt ein internationales Wissenschaftlerteam vorgelegt. Die Forscher berichten über ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Nature“.

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Wird ein kleines System, beispielsweise Atome oder Moleküle, in Kontakt mit einem Wärmebad gebracht, stellt sich nach einiger Zeit ein thermisches Gleichgewicht ein. Dabei nimmt die Entropie (Unordnung) von beiden mit der Zeit zu. Diese beiden Prozesse verlaufen auf alltäglichen, makroskopischen Zeitskalen, von Millisekunden bis Minuten, immer in eine Richtung, hin zum Gleichgewicht.

In der Nature-Studie beschreiben die Wissenschaftler des israelischen Weizmann-Instituts und Mathias Nest von der Universität Potsdam inwieweit sich dieses Verhalten auf mikroskopischen Zeitskalen ändert und eventuell kontrollieren lässt.

Zeno-Effekt ausgenutzt

Dabei haben die Forscher entdeckt, dass das In-Kontakt-bringen – das so genannte Einschalten der Wechselwirkung – zu Schwankungen im Wärmefluss führt, die zeitweise entgegen dem langfristigen Trend gerichtet sind.

Zum anderen fanden die Wissenschaftler heraus, dass sich durch wiederholte Messungen des Zustands des Systems die Geschwindigkeit des Wärmeflusses kontrollieren lässt, indem ein Effekt der Quantenmechanik, der sogenannte Zeno-Effekt, ausgenutzt wird.

Insbesondere bei Quantensystemen, wie sie beispielsweise zukünftig in Quantencomputern zu finden sein werden, die sehr empfindlich gegen Störungen sind, könnte eine solche Kontrolle wichtig werden, so die Forscher in Nature.

(idw – Universität Potsdam, 11.04.2008 – DLO)