Temperaturabhängige Attraktivität

Wenn sich zwei Körper im Vakuum nahe kommen, so dass ihr Abstand nur wenige Mikrometer ausmacht, ziehen sie sich gegenseitig an. Die Ursache dieser Kraft liegt in quantenmechanischen Fluktuationen des elektromagnetischen Feldes: Stark vereinfacht ausgedrückt können in dem Spalt zwischen den beiden Körpern nur elektromagnetische Wellen mit genau festgelegten Wellenlängen spontan aus dem Vakuum auftauchen, während außerhalb im Prinzip Wellen mit allen möglichen Wellenlängen erlaubt sind. Das führt dazu, dass die beiden Körper einen nach innen weisenden Druck erfahren und sich so anziehen.

Cornell und seine Kollegen haben in einem Experiment nun nachgewiesen, dass die Stärke dieser so genannten Casimir-Polder oder kurz Casimirkraft mit der Temperatur ansteigt. Sie untersuchten die Casimirkraft zwischen einem fast auf den absoluten Nullpunkt abgekühlten Rubidiumatom und einer Glasplatte. Wie von Lifschitz vorhergesagt, stieg die anziehende Kraft an, als die Temperatur der Glasplatte um etwa 600 Kelvin erhöht wurde. Die in dem Glas gespeicherte Wärme führte nämlich zu einem Anstieg des elektrischen Vakuumfeldes zwischen dem Atom und der Glasplatte. Dadurch wurde die Polarisation des Atoms erhöht, so dass dieses nun stärker zur Platte hin angezogen wurde.

Untersuchungen der Casimirkraft sind bei weitem nicht nur für die Grundlagenforschung von Interesse. Bewegliche Bauteile winziger mechanischer Maschinen kleben nämlich häufig aufgrund dieser Kraft zusammen. Forscher hoffen daher, dass ein genaues Verständnis des Casimireffekts die Herstellung nur weniger Bruchteile eines Millimeters kleiner Maschinen erleichtern wird.