Forscher überlisten die Unordnung

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Bei allen physikalischen Prozessen nimmt die Unordnung zu. So lautet salopp formuliert der zweite Hauptsatz der Thermodynamik. Den haben Sven Matthias und Frank Müller vom Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle zwar nicht außer Kraft gesetzt, aber doch zumindest überlistet. Im Fachmagazin Nature (Bd. 424, S. 53) beschreiben die Forscher, wie eine spezielle Siliziummembran verschieden große Teilchen nach ihrer Größe sortieren kann.

Die Forscher haben Teilchen, die zwischen einem Tausendstel und einem Zehntausendstel Millimeter groß waren, in ein Wasserbecken gegeben, dass durch die Siliziummembran in eine untere und eine obere Hälfte geteilt war. Mit einem elektrischen Druckoszillator im unteren Teil des Beckens erzeugten sie periodische Druckschwankungen. Dadurch wurde das Wasser fortwährend nach oben, anschließend aber auch wieder nach unten durch die Membran gedrückt.

Der Clou bei ihrem Experiment war die Form der Membranporen. Diese bestanden nicht aus kleinen gleichförmigen Röhrchen, sondern aus zickzackwellenförmigen Kanälchen, deren Durchmesser an der engsten Stelle zweieinhalb und an der weitesten fünf Tausendstel Millimeter betrug.

Matthias und Müller konnten nun experimentell bestätigen, was sie bereits theoretisch berechnet hatten: Abhängig von der Größe der Druckschwankungen konzentrierten sich die Teilchen entweder im oberen oder im unteren Teil des Beckens. Da es darüber hinaus aber auch vom Durchmesser der Teilchen abhängt, bei welcher Druckamplitude sie sich unten oder oben sammeln, kann diese Apparatur dazu benutzt werden, Teilchen nach ihrer Größe zu sortieren.

Eine tatsächliche Verletzung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik findet natürlich nicht statt, da zur Erzeugung der Druckschwankungen Energie benötigt wird.

Eine Animation zum Teilchentransport durch die Membran finden Sie hier.

Axel Tillemans

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