Ein Forscherteam der Bell Labs im US-Bundesstaat New Jersey hat erstmals die von der Quantenelektrodynamik vorhergesagte Kasimirkraft in einem mechanischen System nachgewiesen. Dazu untersuchten die Wissenschaftler die bei kleinsten Abständen auftretenden Anziehungskräfte zwischen einer nur wenigen Nanometer großen Goldkugel und einer vibrierenden Metallplatte. Diese Anziehungskräfte werden durch quantenelektrodynamische Fluktuationen des leeren Raumes zwischen der Kugel und der Metallplatte ausgelöst. Die Forscher berichten über ihr Experiment in der aktuellen Ausgabe von Physical Review Letters.
In ihrem Experiment untersuchten die Wissenschaftler um Federico Capasso, wie sich eine schwingende Metallplatte bei der Annäherung einer Goldkugel mit einem Durchmesser von nur wenigen Nanometern (Millionstel Millimetern) verhält. Dabei stellten sie fest, dass sich sowohl die Schwingungsfrequenz als auch die Amplitude der Schwingung der Metallplatte ändert, wenn die Goldkugel nur wenige Nanometer von ihr entfernt ist. Dies ist nur mit einer anziehenden Kraft zwischen den beiden Metallkörpern erklärbar. Die Forscher führen diese Anziehungskraft auf die von der Quantenelektrodynamik vorhergesagte Kasimirkraft zurück.
Der Theorie der Quantenelektrodynamik zur Folge ist selbst der leere Raum von einer unendlichen Zahl elektrodynamischer Schwingungen ausgefüllt. Zwischen zwei nahe benachbarten Metallkörpern können allerdings nicht mehr alle Schwingungsformen auftreten – es gelten gewisse Auswahlregeln. Die Anzahl der zwischen zwei Metallkörpern auftretenden elektromagnetischen Schwingungen des Zwischenraumes ist daher geringer als die Zahl der Schwingungen im Außenraum. Dies führt zu einer effektiven Anziehungskraft der Metallkörper – die Schwingungen des Außenraumes drücken die Metallkörper in gewisser Weise zusammen, und dies führt zu dem Auftreten der anziehenden Kasimirkraft.
Das Experiment der Physiker der Bell Labs ist nun der erste experimentelle Nachweis dieser Kraft in einem mikromechanischem System. Die Forscher hoffen, dass die Kasimirkraft in zukünftigen mikroelektromechanischen Geräten (MEMS) gewinnbringend eingesetzt werden kann.
Stefan Maier
