Ein Vakuum ist ein Raum, in dem fast keine Materie vorhanden ist – also kaum Luft, Teilchen oder Moleküle. Man kann es sich wie einen leeren Raum vorstellen, in dem es nichts zu spüren oder zu sehen gibt.
Vakuum wird in vielen Bereichen genutzt: in der Weltraumforschung, in Laboren, in der Elektronik oder bei Vakuumverpackungen, um Materialien vor Luft oder Feuchtigkeit zu schützen. Ein echtes perfektes Vakuum gibt es in der Praxis kaum, aber man kann sehr leere Räume erzeugen, in denen physikalische Experimente möglich sind, die unter normalen Bedingungen nicht funktionieren würden.
In der Quantenphysik braucht man ein Vakuum, damit winzige Objekte ungestört untersucht werden können. Mit Luft oder anderen Teilchen würden Atome, Ionen oder Elektronen ständig zusammenstoßen und ihre Quantenzustände verlieren.
Hier sind einige Beispiele dafür, wo man Vakuum in modernen Laboren benötigt, um quantenphysikalische Experimente durchführen zu können:
- Atomfallen und Laser-Kühlung: Um einzelne Atome zu fangen und auf extrem niedrige Temperaturen abzubremsen, muss die Umgebung frei von Luftmolekülen sein. Sonst würden die Atome durch Zusammenstöße gestört werden.
- Ionenfallen und Quantencomputer: Einzelne Ionen (geladene Atome) werden in Fallen gehalten und als Qubits genutzt. Ein Vakuum verhindert, dass sie mit Gaspartikeln kollidieren, was die Quantenzustände zerstören würde.
- Elektronen- und Teilchenstrahlenexperimente: In Elektronenmikroskopen oder bei der Erforschung einzelner Quantenpartikel sorgt Vakuum dafür, dass die Teilchen ungehindert und geradeaus fliegen, ohne von Luftmolekülen abgelenkt zu werden.
- Hochpräzise Messungen: In Experimenten, die extrem feine Kräfte, Felder oder Quantenzustände messen, reduziert ein Vakuum Rauschen und Störungen aus der Umgebung.