Nach über 100 Jahren ist es einem internationalen Forschungsteam erstmals gelungen, Einsteins Theorie zur Brownschen Molekularbewegung im Experiment direkt zu untersuchen und zu bestätigen. Wie sie in „Nature Physics „ berichten, fingen sie dafür mit Hilfe einer optischen Laserfalle ein einzelnes Teilchen ein und verfolgten seine Bewegungen. Die gemessenen Daten stimmten mit den theoretischen Vorhersagen überein.
Bereits im Jahr 1827 beobachtete der britische Botaniker Robert Brown unter seinem Mikroskop, dass sich kleine Partikel aus Pflanzenpollen im Wasser ruckartig und unvorhersehbar bewegen. 1905 erklärte Albert Einstein im Rahmen seiner Doktorarbeit, dass diese Bewegung durch Zusammenstöße der Partikel mit den umgebenden Wassermolekülen zustande kommt. Während die beobachteten Zellbestandteile mikroskopisch zu sehen sind, bleiben die Wassermoleküle bei der Auflösung eines Lichtmikroskops unsichtbar. Ihr Effekt auf die freien Bestandteile der Pollenkörner im Wasser ist jedoch zu beobachten.
Direkte Messung bisher unmöglich
Indirekt lieferte Einstein mit seiner Theorie den Beweis für die Existenz von Molekülen
und Atomen, lange bevor diese experimentell nachgewiesen oder dargestellt werden konnten. Aufgrund von zahlreichen thermodynamischen Überlegungen wurde Einsteins Theorie in den vergangenen hundert Jahren mehrfach indirekt bestätigt. Der Effekt der Wassermoleküle auf die Bewegung der suspendierten Teilchen konnte jedoch bisher nie direkt gemessen werden, da es technisch nicht möglich war, diese Bewegungen auf kleinstem Raum bei Zeiten im Nanosekundenbereich zu verfolgen.
Laserfalle fängt und misst Einzelteilchen
Einem internationalen Team unter Mitwirkung des Nationalen Forschungsschwerpunkts Nanowissenschaften an der Universität Basel ist es nun erstmals gelungen, Einsteins Theorie zur Brownschen Molekularbewegung direkt zu verifizieren. Die Forscher entwickelten dafür eine optische Laserfalle, mit der sie ein einzelnes Teilchen einfangen können. Dank eines neuartigen Detektors ließen sich dann die Bewegungen dieses einzelnen Teilchens verfolgen. Die gemessenen Daten stimmten in hervorragender Weise mit den theoretischen Vorhersagen überein. (Nature Physics, 2011), doi:10.1038/nphys1953)
(Universität Basel, 13.04.2011 – NPO)
