Ludwig-Maximilians-Universität München
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Jenseits von null Kelvin

Die heißesten Systeme der Welt

München, 04.01.2013

Was für die meisten Menschen im Winter normal ist, war in der Physik bislang unmöglich: eine negative Temperatur. Auf der Celsius-Skala überraschen Minus-Grade nur im Sommer. Auf der absoluten Temperatur-Skala, die von Physikern verwendet wird und auch Kelvin-Skala heißt, kann der Nullpunkt jedoch nicht unterschritten werden – zumindest nicht in dem Sinne, dass etwas kälter als null Kelvin wird. Der physikalischen Bedeutung der Temperatur zufolge hat ein Gas eine umso niedrigere Temperatur, je langsamer die chaotische Bewegung seiner Teilchen ist. Bei null Kelvin (minus 273 Grad Celsius) kommen die Teilchen zum Stillstand und alle Unordnung verschwindet. Nichts kann also kälter sein als der absolute Nullpunkt der Kelvin-Skala.

Prof. Dr. Immanuel Bloch und Dr. Ulrich Schneider von der der Ludwig-Maximilians-Universität München und Physiker des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching haben nun im Labor ein atomares Gas geschaffen, das trotzdem negative Kelvin-Werte annehmen kann. Diese negativen absoluten Temperaturen haben einige scheinbar absurde Konsequenzen: Das Gas ist dabei nicht kälter als null Kelvin, sondern heißer als alle positiven Temperaturen. Obwohl die Atome in dem Gas sich anziehen und damit ein negativer Druck herrscht, kollabiert das Gas nicht – ein Verhalten, das auch für die dunkle Energie in der Kosmologie postuliert wird. Mit Hilfe von negativen absoluten Temperaturen lassen sich auch vermeintlich unmögliche Wärmekraftmaschinen realisieren, etwa ein Motor, der mit einer thermodynamischen Effizienz von über 100 Prozent arbeitet (Science, 4. Januar 2013)

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