Okay, ich muss euch von etwas erzählen, das gerade in der Physik passiert ist, und glaubt mir, es ist eine jener Entdeckungen, die einen dazu bringen, alles infrage zu stellen, was man über das Universum zu wissen glaubte.
Wissenschaftler haben gerade gezeigt – zum allerersten Mal –, dass sie einen Supraleiter stärker machen können, indem sie den „leeren“ Raum um ihn herum manipulieren. Nicht durch Änderung des Materials. Nicht durch stärkere Abkühlung. Sondern nur durch das Spiel mit der Quantenwirksamkeit, die in dem existiert, was wir früher Vakuum nannten.
Zuerst: Lassen uns über „Nichts“ sprechen
Ihr stellt euch ein Vakuum – den leeren Raum – wahrscheinlich als, nun ja, leer vor. Nichts da. Null. Null.
Aber die Quantenphysik sagt uns seit Jahrzehnten, dass das absolut nicht stimmt. Selbst der leerste vorstellbare Raum ist voller Aktivität. Es ist so, als würdet ihr denken, der Ozeanboden sei völlig still, aber in Wirklichkeit ist er voller Geräusche, die ihr nicht hören könnt.
So funktioniert es (in einfachen Worten): Gemäß der sogenannten Heisenbergschen Unschärferelation kann die Natur nicht anders, als auf der kleinsten Skala ein wenig unscharf zu sein. Selbst wenn man versucht, alles aus einem Bereich des Raums zu entfernen, erhält man immer noch sogenannte „Quantenfluktuationen“ – bei denen Teilchen und Antiteilchen spontan entstehen und sich fast augenblicklich gegenseitig vernichten.
Das sind nicht nur theoretische Spekulationen. Wissenschaftler haben diese Effekte bei Phänomenen wie dem Casimir-Effekt und dem sogenannten Lamb-Shift gemessen. Sie sind real, messbar und nun stellt sich heraus, potenziell nützlich.
Was ist mit Supraleitern?
Hier die Kurzfassung: Supraleiter sind Materialien, die Elektrizität mit exakt null Widerstand leiten können. Null! Keine Energieverluste als Wärme. Nichts.
Der Haken? Sie tun dies nur, wenn sie extrem kalt sind – oft kälter als der Weltraum. Wir sprechen von Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, das sind minus 273,15 Grad Celsius (entspricht minus 459 Grad Fahrenheit). Das ist für die meisten alltäglichen Anwendungen unpraktisch.
Nun, hier wird es spannend.
Das Experiment, das den Erwartungen widersprach
Ein Team von Forschern aus China, das mit Frank Wilczek (ja, genau der Frank Wilczek, Nobelpreisträger) und Kollegen vom MIT und der Shanghai Jiao Tong University zusammenarbeitete, beschloss, etwas Verrücktes zu versuchen: Sie wollten herausfinden, ob Quantenvakuumfluktuationen tatsächlich die Supraleitung beeinflussen können.
Ihre Idee war elegant in ihrer Einfachheit. Sie nahmen ein supraleitendes Material namens Niobdiselenid (NbSe2, falls ihr mitzählt) und platzierten es in einem sogenannten Terahertz-Split-Ring-Resonator. In nicht-fachsprachlicher Terminologie ist es eine speziell entworfene winzige Kavität, die die elektromagnetische Umgebung um den Supraleiter herum neu formt.
Die Forscher verglichen, wie sich das Material mit und ohne diese Kavität verhält. Und hier kommt der Knackpunkt: Die supraleitende kritische Temperatur stieg tatsächlich an, wenn das Material in der Kavität war.
Nicht um einen winzigen, unbedeutenden Betrag. Wir sprechen von einer Steigerung der kritischen Temperatur um 5,4 %. Das mag nicht dramatisch klingen, aber in der Welt der Supraleitungsforschung ist das eine große Sache.
Die kritische Temperatur ist die Temperatur, unterhalb der ein Material zum Supraleiter wird. Wenn man also diese Schwelle höher setzen kann, macht man das Ganze potenziell praktischer.
Was passiert hier tatsächlich?
Hier wird es wirklich interessant. Die Forscher fanden heraus, dass die Verbesserung nicht zufällig war – sie zeigte ein spezifisches Resonanzmuster, das von der Frequenz der Kavität abhing. Das deutet stark darauf hin, dass der supraleitende Zustand und die Kavitätsmoden tatsächlich miteinander kommunizieren und auf quantenmechanische Weise koppeln.
Stellt es euch so vor: Ihr schiebt jemanden auf einer Schaukel. Wenn ihr im richtigen Rhythmus schiebt, schwingt er immer höher. Schiebt ihr im falschen Rhythmus, wackelt es nur. Die Kavität und der Supraleiter scheinen ihre eigene synchronisierte Rhythmik zu haben.