Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tanz der heißen Teilchen

30.08.2010
In der neuesten Ausgabe der renommierten Zeitschrift Physical Review Letters erklären Leipziger Physiker erstmals, wie Brownsche Bewegung funktioniert, wenn die Brownschen Teilchen heißer sind als die umgebende Flüssigkeit.

Dabei ist eigentlich die Brownsche Bewegung, wie man die Zitterbewegung winziger gelöster Partikel in Flüssigkeiten nennt, ein lange bekanntes Phänomen, das bereits Anfang des 19. Jahrhunderts von dem Botaniker Robert Brown eingehend untersucht wurde.

Ihre Ursache blieb jedoch lange Zeit ein Rätsel. Schließlich gelang es Albert Einstein 1905 zu zeigen, dass es anstelle der vermuteten geheimnisvollen Lebenskraft ein kleiner "Atomantrieb" ist, nämlich die Wärmebewegung der Atome in ihrer Umgebung, die die mikroskopischen Partikel scheinbar zum Leben erweckt und sie in wildem Zick-Zack-Kurs tanzen lässt. Einsteins Erklärung für diese sogenannte Brownsche Bewegung markierte den Durchbruch in eine neue Welt der Atome und Moleküle.

Die Theorie der Brownschen Bewegung hat seitdem nicht nur einen unvergleichlichen Siegeszug durch viele Teilgebiete der Physik angetreten. Sie ließ sich auch auf eine Vielzahl von auf den ersten Blick völlig unzusammenhängenden Fragestellungen in der Biologie oder auch in der Klimaforschung übertragen, bis hin zur Beschreibung der Preisentwicklung an der Börse.

Der Fall, dass die Brownschen Teilchen einmal nicht mit ihrer Umgebung im thermischen Gleichgewicht sein könnten, blieb dabei bisher weitgehend unbeachtet. Genau dieser Fall tritt aber in zahlreichen Anwendungen in der modernen Nanotechnologie und Biologie nun immer häufiger auf, wo die Manipulation und Detektion von Nanoteilchen mit Laserlicht inzwischen an der Tagesordnung ist. "Ein heißes Partikel besitzt, vereinfacht gesagt, einen stärkeren Atomantrieb und erfährt eine geringere Reibung. Deshalb bewegt es sich schneller", erläutert Daniel Rings, der als Doktorand maßgeblich an der Entwicklung der Theorie der "heißen Brownschen Bewegung" beteiligt war. Die Bewegungsgeschwindigkeit wird, wie schon Einstein wusste, durch die Temperatur und die Zähigkeit der umgebenden Flüssigkeit bestimmt. Für ein geheiztes Partikel ist dieser Zusammenhang aber nicht mehr so einfach, da die Temperatur und Zähigkeit in seiner Umgebung ja nicht mehr räumlich konstant sind. Die erhöhte Temperatur treibt das Partikel schneller voran - die niedrigere Zähigkeit verringert die Reibung, aber welche Temperatur und welche Viskosität (Zähigkeit) sind jetzt entscheidend?

Dem Team um die Professoren Frank Cichos und Klaus Kroy von der Universität Leipzig ist es nun gelungen, nicht nur eine analytische theoretische Beschreibung für die heiße Brownsche Bewegung zu entwickeln, sondern diese auch direkt mit Hilfe einer neuen experimentellen Methode zu überprüfen. Dabei werden wenige Nanometer kleine Goldpartikel durch einen fokussierten Laserstrahl geheizt und gleichzeitig ihre Brownsche Bewegung mit einem zweiten Laser verfolgt. Dabei machten die Wissenschaftler aus der Not eine Tugend und nutzen die Erwärmung der Teilchen aus, um diese überhaupt erst sichtbar zu machen. "Wir wissen jetzt, dass nicht die Temperatur und die Viskosität an der Partikeloberfläche entscheidend sind, sondern die von der Theorie berechneten effektiven Werte" so Rings. Und Prof. Cichos, der die Experimente betreut hat, fügt begeistert hinzu: "Das Spannende ist, dass uns die Theorie damit neue Möglichkeiten aufzeigt, wie wir die Bewegung dieser Nanoheizquellen gezielt manipulieren können. Wir fangen ja gerade erst an zu verstehen, welche neuen Phänomene und Technologien uns die heiße Brownsche Bewegung eröffnen wird".

Referenz/Veröffentlichung:

Daniel Rings (Institut für theoretische Physik), Romy Schachoff, Markus Selmke, Prof. Frank Cichos (beide Institut für experimentelle Physik 1) und Prof. Klaus Kroy (Institut für theoretische Physik):
Phys. Rev. Lett. 105, 090604 (2010).
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v105/i9/e090604
Weitere Informationen:
Prof. Dr. Klaus Kroy
Telefon: +49 341 97-32436
E-Mail: klaus.kroy@itp.uni-leipzig.de
Daniel Rings
Telefon: 49 341 9732610
E-Mail: daniel.rings@itp.uni-leipzig.de

Dr. Manuela Rutsatz | idw
Weitere Informationen:
http://www.physik.uni-leipzig.de/
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v105/i9/e090604

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen
17.02.2017 | Universität Konstanz

nachricht Zukunftsmusik: Neues Funktionsprinzip zur Erzeugung der „Dritten Harmonischen“
17.02.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V.

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: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Im Focus: Weltweit genaueste und stabilste transportable optische Uhr

Optische Strontiumuhr der PTB in einem PKW-Anhänger – für geodätische Untersuchungen, weltweite Uhrenvergleiche und schließlich auch eine neue SI-Sekunde

Optische Uhren sind noch genauer als die Cäsium-Atomuhren, die gegenwärtig die Zeit „machen“. Außerdem benötigen sie nur ein Hundertstel der Messdauer, um eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

Ökologischer Landbau: Experten diskutieren Beitrag zum Grundwasserschutz

17.02.2017 | Veranstaltungen

Von DigiCash bis Bitcoin

16.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Stammzellen verlassen Blutgefäße in strömungsarmen Zonen des Knochenmarks

17.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

LODENFREY setzt auf das Workforce Mangement von GFOS

17.02.2017 | Unternehmensmeldung

50 Jahre JULABO : Erfahrung – Können & Weiterentwicklung!

17.02.2017 | Unternehmensmeldung