Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Grundlegendes naturwissenschaftliches Prinzip erstmals nachgewiesen

11.11.2011
Wissenschaftler der Universitäten Leipzig und München haben erstmals das Diffusionsverhalten einzelner Moleküle und von Molekülensembles in ein und demselben System beobachtet und damit ein grundlegendes naturwissenschaftliches Prinzip – das Ergodentheorem – experimentell nachgewiesen.

Diffusion ist die allgegenwärtige unregelmäßige Bewegung von Atomen und Molekülen. Sie ist Voraussetzung für das Bestehen lebender Organismen und Grundlage vielfältiger Technologien zur Produktveredlung, angefangen bei der Fertigung opto-elektronischer Bauelemente bis hin zur umweltverträglichen Herstellung hochwertiger Kraftstoffe.

Das Ergodentheorem ist eines der wichtigsten Prinzipien der Statistischen Mechanik, also der "Theorie der Wärme". Es besagt, dass ein einzelnes Teilchen eines Systems nacheinander all die "chaotischen" Bewegungen ausführt, die im Gesamtsystem ("Ensemble") von allen Teilchen gleichzeitig ausgeführt werden, also vom Verhalten des Einzelteilchens auf das gesamte System und, umgekehrt, vom gesamten System auf das Einzelteilchen geschlossen werden kann.

Den Arbeitsgruppen um Prof. Dr. Jörg Kärger und Dr. Rustem Valiullin von der Universität Leipzig sowie von Prof. Dr. Christoph Bräuchle von der Ludwig-Maximilians-Universität München ist nun erstmalig der experimentelle Beleg hierfür gelungen. Ihre Resultate haben sie kürzlich in einem gemeinsamen Artikel (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201105388/abstract) in der Online-Ausgabe der renommierten deutschen Fachzeitschrift "Angewandte Chemie - International Edition" veröffentlicht.

Die neuen, bahnbrechenden Erkenntnisse sind das Ergebnis einer fünfjährigen Zusammenarbeit zweier führender Gruppen auf den jeweiligen Gebieten, nämlich der Einzelmolekül-Beobachtung um Bräuchle in München und der Ensemble-Messung mit der Methode der gepulsten Feldgradienten der Kernmagnetischen Resonanz (NMR) um Kärger und Valiullin in Leipzig. Wie Kärger erläuterte, wurde in dieser Zusammenarbeit ein aus der Natur der jeweiligen Messtechniken resultierendes Problem gelöst, dass nämlich Einzelmoleküle idealerweise bei niedrigen Konzentrationen und geringen Beweglichkeiten beobachtet werden, während NMR-Messungen mit Molekülensembles das genaue Gegenteil erfordern. Der Nachweis des Ergodentheorems bedeutet einen Durchbruch in der fast zweihundertjährigen Geschichte der Diffusionsmessungen. Eine besondere Herausforderung, so Bräuchle, stellen nun vergleichende Einzelmolekül- und Ensemble-Messungen unter Bedingungen dar - wie z.B. in biologische Zellen, wo das Ergodentheorem nicht uneingeschränkt anwendbar ist.

Die Leipziger Arbeiten wurden im Rahmen des Profilbildenden Forschungsbereichs (PbF) 1 der Universität mit Unterstützung zweier von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten überregionalen Forschungsverbünde - der Sächsischen Forschergruppe "From Local Constraints to Macroscopic Transport" und des Internationalen Graduiertenkollegs "Diffusion in Porous Materials" - durchgeführt. Sie stehen in einer großen lokalen Tradition, denn die beiden wichtigsten Diffusions-Gleichungen, die Fickschen Gesetze (1855) und die Einstein-Beziehung (1905), sind erstmalig in Leipzig veröffentlicht worden. Im Jubiläumsjahr 2005 dieser grundlegenden Arbeiten begann hier in Leipzig eine Konferenzserie über "Diffusion-Fundamentals", die sich, nach L'Aquila 2007 und Athen 2009, im August 2011 bei ihrer ersten Reise nach Übersee in die USA

(http://www.uni-leipzig.de/diffusion/conferences.html) zu einem besonderen Erfolg gestaltet hat.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Jörg Kärger
Telefon: +49 341 97-32502
E-Mail: kaerger@physik.uni-leipzig.de
www.uni-leipzig.de/~gfp/kaerger
Dr. Rustem Valiullin
Telefon: +49 341 97 32515
E-Mail: valiullin@uni-leipzig.de
www.uni-leipzig.de/~valiu

Susann Huster | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-leipzig.de/diffusion/conferences.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Eine Extra-Sekunde zum neuen Jahr
08.12.2016 | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

nachricht Heimcomputer entdecken rekordverdächtiges Pulsar-Neutronenstern-System
08.12.2016 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten

08.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Intelligente Filter für innovative Leichtbaukonstruktionen

08.12.2016 | Messenachrichten

Seminar: Ströme und Spannungen bedarfsgerecht schalten!

08.12.2016 | Seminare Workshops