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Montag, 26.09.2016
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Forscher konstruieren magnetisches Wurmloch

Materialkombination leitet Magnetfelder unsichtbar von einem Ort zum anderen

Es klingt wie Science-Fiction: Physikern ist es erstmals gelungen, ein magnetisches Wurmloch zu konstruieren. Dieses leitet ein Magnetfeld von einem Ende zum anderen, ist aber selbst magnetisch unsichtbar. Das Wurmloch erzeugt dadurch an seinem Ende die Illusion, als erschiene dort ein Magnetfeld aus dem Nirgendwo, wie die Forscher im Fachmagazin "Scientific Reports" berichten. Nützlich wäre ein solches Wurmloch beispielweise bei der Magnetresonanztomografie.
Wurmloch: Mit magnetischen Augen gesehen verschwindet das Magnetfeld rechts und taucht links aus dem Nichts wieder auf.

Wurmloch: Mit magnetischen Augen gesehen verschwindet das Magnetfeld rechts und taucht links aus dem Nichts wieder auf.

Ob es im Kosmos tatsächlich Wurmlöcher gibt, darüber streiten die Astrophysiker noch. Klar aber ist, dass solche Passagen enorm praktisch wären. Denn sie verbinden weit entfernte Regionen des Weltraums miteinander, in dem sie sozusagen eine Abkürzung außerhalb der üblichen drei Dimensionen öffnen. "Wegen ihrer exotischen Natur erscheint die Konstruktion eines solchen Wurmlochs im Labor eine enorme Herausforderung", sagen Jordi Prat-Camps und seine Kollegen von der Autonomen Universität Barcelona.

Tunnel für elektromagnetische Wellen


Etwas einfacher allerdings wäre die Konstruktion eines Wurmlochs für elektromagnetische Wellen. Das theoretische Konzept dafür stellten Allan Greenleaf und seine Mitarbeiter von der Rochester University in New York bereits 2007 vor. Der Trick dabei: Man nutzt Metamaterialien, um die Wellen während ihres Transports durch das Wurmloch unsichtbar zu machen. Die Materialien wirken dabei ähnlich wie eine röhrenförmige Tarnkappe.

Im sichtbaren Licht sieht man zwischen den Enden des Wurmlochs die Kugel aus drei Komponenten, die für Leitung und Tarnung zugleich sorgt.

Im sichtbaren Licht sieht man zwischen den Enden des Wurmlochs die Kugel aus drei Komponenten, die für Leitung und Tarnung zugleich sorgt.

"Die elektromagnetische Wellen würden sich ausbreiten, als wenn sie durch einen unsichtbaren Tunnel zwischen zwei Regionen des Raums geschleust würden", erklärt Prat-Camps. Was Greenleaf jedoch vor acht Jahren noch für reine Zukunftsmusik hielt – die konkrete Umsetzung dieser Idee – ist den spanischen Forschern nun gelungen. "Wir haben ein echtes Wurmloch für magnetische Felder konstruiert und experimentell demonstriert", berichten sie.


"Ein Magnetfeld aus dem Nichts"


Das magnetische Wurmloch besteht aus im Prinzip nur aus drei Teilen: Den Kern bildet eine spiralig gewundene Folie aus Mu-Metall, einer Nickel-Eisen-Legierung, die Magnetfelder konzentriert in eine Richtung leitet und gleichzeitig nach außen hin begrenzt. Darum liegt eine kugelförmige Schale aus einem supraleitenden Material. Diese wiederum wird umhüllt von einer äußeren Hülle aus einem ferromagnetischen Material.

"Weil die supraleitende und die ferromagnetische Schicht den in ihnen eingeschlossenen Bereich magnetisch entkoppeln, führt das Ganze dazu, dass die Topologie des Raums verändert wird", erklären die Forscher. "Das erweckt den Eindruck, als wenn der Innenbereich - magnetisch gesehen - aus dem existierenden dreidimensionalen Raum entfernt worden wäre." Wird nun an einem Ende eine Gleichspannung angelegt, entsteht dort ein magnetisches Dipolfeld.

Foto der Wurmloch-Kugel, bevor sie mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird, um das Material der Mittelschicht supraleitend zu machen.

Foto der Wurmloch-Kugel, bevor sie mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird, um das Material der Mittelschicht supraleitend zu machen.

Dieses wird durch das Wurmloch geleitet und erscheint am anderen Ende als monopolares Feld, wie Prat-Camps und seine Kollegen berichten. Im sichtbaren Licht und anderen Wellenbereichen des Spektrums ist die Kugel des Wurmlochs klar zu erkennen, nicht aber bei Magnetfeldmessungen – für sie ist der ganze Bereich zwischen beiden Enden unsichtbar. "Unser magnetisches Wurmloch erzeugt so die Illusion, als erscheine ein Magnetfeld aus dem Nichts", so die Forscher.

Anwendung in der Medizin


Anwendungen sehen die Wissenschaftler unter anderem in der Medizin: Endoskopische Operationen unter Kontrolle durch Magnetresonanz-Tomografie (MRT) sind heute noch relativ schwierig, weil die starken Magnetfelder des MRT-Geräts die Werkzeuge der Chirurgen beeinflussen und die Werkzeuge wiederum die MRT-Bilder verzerren.

Nach Ansicht des Forschers könnte hier das elektromagnetische Wurmloch Abhilfe schaffen. Werden die Werkzeuge durch ein Wurmloch geführt, so dass nur die Spitze herausschaut, ließe sich die Verzerrung auf ein Minimum reduzieren, da sie dann auch für das Magnetfeld unsichtbar wären. (Scientific Reports, 2015; doi: 10.1038/srep12488)
(Nature Group, 21.08.2015 - NPO)
 
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