Elektronen in Nahaufnahme

Nahe am absoluten Nullpunkt zeigen die Teilchen ihre Quantennatur. Was wäre, wenn der elektrische Strom nicht mehr fließen, sondern vielmehr rieseln würde? Dieser Frage gingen Forscher um Christian Ast am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart nach. Dazu kühlten sie ihr Rastertunnelmikroskop bis auf fünfzehn tausendstel Grad nahe dem absoluten Nullpunkt ab. Bei diesen extrem tiefen Temperaturen offenbaren die Elektronen ihre Quantennatur. Der elektrische Strom ist also ein granulares Medium, bestehend aus einzelnen Teilchen. Die Elektronen rieseln wie Sandkörnchen durch eine Sanduhr, was sich mithilfe der Quantenelektrodynamik erklären lässt. Alles im Blick: Christian Ast prüft die Anschlüsse des Rastertunnelmikroskops (oben). Mit diesem Gerät machen die Forscher aus der Abteilung Nanowissenschaften ihre Experimente bei tiefsten Temperaturen von nur fünfzehn tausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt. Das Prinzip ist stets dasselbe (unten): Zwischen einer extrem feinen Spitze und einer Probe fließt ein Tunnelstrom (angedeutet durch den transparenten Balken), der Aufschluss über die Eigenschaften der Probe gibt. Bei so tiefen Temperaturen wie in diesem Experiment offenbart der Tunnelstrom all seine Quanteneigenschaften. Fließendes Wasser aus einem Wasserhahn fühlt sich an wie ein homogenes Medium, man kann die einzelnen Wassermoleküle nicht auseinanderhalten. Genauso verhält es sich mit elektrischem Strom. In einem gewöhnlichen Kabel fließen so viele Elektronen, dass sie homogen wirken. Einzelne Elektronen lassen sich nicht unterscheiden, dennoch sollten sie aus quantenmechanischer Sicht existieren. Wie also verhalten sie sich?