Schweizer Forschende belegen Einsteins Theorie

13.04.2011: Nach über 100 Jahren ist es einem internationalen Forschungsteam unter Mitwirkung des an der Universität Basel angesiedelten Nationalen Forschungsschwerpunktes (NFS ) Nanowissenschaften erstmals gelungen, Einsteins Theorie zur Brownschen Molekularbewegung im Experiment zu untersuchen und zu bestätigen.

Bereits im Jahr 1827 beobachtete der britische Botaniker Robert Brown unter seinem Mikroskop, dass sich kleine Partikel aus Pflanzenpollen im Wasser ruckartig und unvorhersehbar bewegen. 1905 erklärte Albert Einstein im Rahmen seiner Doktorarbeit, dass diese Bewegung durch Zusammenstösse der Partikel mit den umgebenden Wassermolekülen zustande kommt. Während die beobachteten Zellbestandteile mikroskopisch zu sehen sind, bleiben die Wassermoleküle bei der Auflösung eines Lichtmikroskops unsichtbar. Ihr Effekt auf die freien Bestandteile der Pollenkörner im Wasser ist jedoch zu beobachten. Indirekt lieferte Einstein mit seiner Theorie den Beweis für die Existenz von Molekülen und Atomen, lange bevor diese experimentell nachgewiesen oder dargestellt werden konnten. Aufgrund von zahlreichen thermodynamischen Überlegungen wurde Einsteins Theorie in den vergangenen hundert Jahren mehrfach indirekt bestätigt. Der Effekt der Wassermoleküle auf die Bewegung der suspendierten Teilchen konnte jedoch bisher nie direkt gemessen werden, da es technisch nicht möglich war, diese Bewegungen auf kleinstem Raum bei Zeiten im Nanosekundenbereich zu verfolgen.

Einem internationalen Team unter Mitwirkung des NFS Nanowissenschaften ist es nun erstmals gelungen, Einsteins Theorie zur Brownschen Molekularbewegung direkt zu verifizieren. Die Forscher entwickelten eine optische Laserfalle, mit der sie ein einzelnes Teilchen einfangen können. Dank eines neuartigen Detektors ließen sich dann die Bewegungen dieses einzelnen Teilchens verfolgen. Die gemessenen Daten stimmten in hervorragender Weise mit den theoretischen Vorhersagen überein.

Originalveröffentlichung:
Rongxin Huang, Isaac Chavez, Katja M. Taute, Branimir Lukic, Sylvia Jeney, Mark G. Raizen, Ernst-Ludwig Florin; "Direct observation of the full transition from ballistic to diffusive Brownian motion in a liquid"; Nature Physics (27 March 2011)