Wenn selbst winzigste Energie messbar wird
Stell dir vor, du könntest den winzigen Energieaufwand messen, wenn ein einzelnes rotes Blutkörperchen um einen Nanometer nach oben wandert. Genau das haben Forscher der Aalto-Universität in Finnland geschafft – zusammen mit dem Quantencomputer-Unternehmen IQM. Das Ergebnis: Energieveränderungen von nur 0,83 Zeptojoule.
Ein Zeptojoule ist unvorstellbar klein. Verglichen mit einem Joule verhält es sich wie ein Sandkorn zum gesamten Strand der Erde. Die meisten von uns können sich solche Größenordnungen nicht vorstellen. Und das ist auch kein Problem.
Das clevere Prinzip dahinter
Wie misst man etwas so Winziges? Die Forscher haben kein normales Messgerät genommen. Stattdessen haben sie einen speziellen Wärmesensor gebaut – einen sogenannten Kalorimeter. Der Trick: Sie nutzten zwei verschiedene Metalle.
Ein Teil besteht aus Supraleitern. Diese Materialien leiten Strom ohne jeden Widerstand, sobald sie kalt genug sind. Der andere Teil ist aus normalen Leitern. Bei extrem niedrigen Temperaturen – im Millikelvin-Bereich – wird der Supraleiter besonders empfindlich. Schon eine winzige Wärmemenge reicht aus, um ihn zu stören.
Genau diese Empfindlichkeit machen sich die Forscher zunutze. Die Störung, die durch die kleinste Energieänderung entsteht, lässt sich messen. So erfassen sie Werte, die sonst völlig unsichtbar bleiben.
Wofür das gut sein könnte
Diese neue Technik eröffnet drei spannende Möglichkeiten:
- Einzelne Lichtteilchen zählen: Physiker versuchen schon lange, einzelne Photonen zu erfassen. Mit diesem Sensor rückt das Ziel näher.
- Dunkle Materie aufspüren: Rund 85 Prozent der Materie im Universum ist dunkel. Man kann sie weder sehen noch direkt touchieren. Einige Theorien gehen davon aus, sie bestehe aus sogenannten Axionen. Ein so empfindlicher Sensor könnte helfen, diese Teilchen zu erkennen.
- Quantencomputer verbessern: Quantenrechner müssen sehr kalt laufen. Dieser Sensor arbeitet genau in diesem Temperaturbereich. Er könnte künftig helfen, die gespeicherte Information der Qubits auszulesen – ohne dabei Störungen zu verursachen.
Fortschritt, der still passiert
Dieses Projekt ist kein großer Auftritt mit sofortigen Durchbrüchen. Es geht um den stillen, schrittweisen Fortschritt, der Wissenschaft erst ermöglicht. Die Forscher haben viele Stunden investiert,来 einen Sensor zu entwickeln, der so empfindlich ist, wie die Wissenschaft es braucht.
Diese Art von Entwicklung baut auf einander. 0,83 Zeptojoule zu erfassen ist erst der Anfang. Vielleicht wird daraus später eine Lösung für realweltliche Probleme mit Quantencomputern oder ein besser verständliches Universum.
Die Arbeit wurde von Mikko Möttönen geleitet und in Nature Electronics veröffentlicht. Es zeigt: Oft entstehen wichtige Fortschritte fernab der Schlagzeilen – dort, wo Menschen aus verschiedenen Bereichen zusammenarbeiten und messen lernen, mit einem kleinen Klick.