Vakuumfluktuation

Vakuumfluktuationen (auch Quantenfluktuation oder Nullpunktsfluktuation) sind Teilchen-Antiteilchen-Paare, die in der Quantenfeldtheorie aus dem Vakuum entstehen und wieder zerfallen.

Im Formalismus der Feynman-Diagramme werden Vakuumfluktuationen durch Diagramme ohne äußere Linien mit einem offenen Ende beschrieben. Weil die Teilchen, die durch innere Linien beschrieben werden, nicht permanent existieren und Grundlagen der klassischen Physik wie den Energieerhaltungssatz verletzen, nennt man sie virtuelle Teilchen. Da virtuelle Teilchen keine Observablen sind, ist ein direkter experimenteller Nachweis von Vakuumfluktuationen nicht möglich.

Vakuumfluktuationen werden als Ausdruck der in Quantenfeldtheorien auftretenden Vakuumenergie verstanden. Der Versuch, diese Energie mit der kosmologischen dunklen Energie zu identifizieren, liefert jedoch für die dunkle Energie ein um viele Größenordnungen (Faktor ~ 10¹²⁰) größeres Ergebnis, als die Beobachtungsdaten es erwarten lassen.

Als indirekte Hinweise auf Vakuumfluktuationen und Vakuumenergie werden der Casimir-Effekt (d. h. im Vakuum entstehen Kräfte auf nahe beieinanderliegende Metallplatten) und die Lamb-Verschiebung interpretiert.

Literatur

• Lawrence B. Crowell: Quantum fluctuations of spacetime. World Scientific, Singapore 2005, ISBN 978-981-256-515-0
• Robert W. Carroll: Fluctuations, information, gravity and the quantum potential. Springer, Amsterdam 2006, ISBN 978-1-4020-4003-0
• Helmut Hetznecker: Kosmologische Strukturbildung - von der Quantenfluktuation zur Galaxie. Spektrum Akad. Verl., Heidelberg 2009, ISBN 978-3-8274-1935-4
• E. Calloni, (et al.): Vacuum fluctuation force on a rigid Casimir cavity in a gravitational field. Physics Letters A,Volume 297, Issues 5-6, 20 Mai 2002, S.328-333 Abstract bei arxiv
• L. H. Ford, (et al.): Focusing vacuum fluctuations. II. Phys. Rev. A, Volume 66, Issue 6, 062106 (2002) Abstract bei arxiv