Bei der brownschen Bewegung – einer zufälligen Zickzackbewegung von Atomen, Molekülen oder mikroskopischen Teilchen – legen die beteiligten Partikel in einer bestimmten Zeit unterschiedlich lange Wege zurück. Die Verteilung der Strecken folgt laut bisheriger Theorie einer glockenförmigen, so genannten Gaußkurve. Neuen Messungen zufolge weichen die Teilchen in einigen Fällen jedoch von diesem Verhalten ab.

In zwei verschiedenen Flüssigkeiten verfolgten Steve Granick von der University of Illinois und seine Kollegen mit Hilfe eines Fluoreszenzmikroskops die Wege von 100 Nanometer großen Kügelchen. Zunächst beobachteten die Forscher, wie sich die Partikel durch die brownsche Molekülbewegung an winzigen Lipidröhren auf- und abbewegten. In weiteren Experimenten überprüften sie dann, wie die Kugeln – wieder mittels der brownschen Bewegung – durch eine Membran aus verschlungenen Makromolekülfäden diffundierten.

In beiden Versuchsreihen stimmten die meisten Spuren mit dem bisherigen Modell überein, doch in seltenen Fällen legten die Kügelchen einen viel weiteren Weg zurück als klassisch erwartet. Das Diffusionsverhalten folgte hier nicht mehr einer Gaußkurve, sondern verlief exponentiell. Die neuen Erkenntnisse werfen nun grundlegende Fragen über die statistische Natur des Diffusionsprozesses auf, meint Granick. Weitere Experimente, Computersimulationen und Theorien seinen nötig, um die Beobachtungen zu interpretieren.

Atome und Moleküle in einer Flüssigkeit, einem Gas oder Festkörper sind auf Grund ihrer thermischen Energie ständig in Bewegung. Sichtbar wird dies beispielsweise durch Staubpartikel in einem Wassertropfen: Stöße mit H₂O-Molekülen lassen diese in zufälliger Weise hin- und herzittern. Der Botaniker Robert Brown entdeckte dieses Phänomen 1827, Albert Einstein und unabhängig von ihm der polnische Physiker Marian Smoluchowski konnten es 1905 beziehungsweise 1906 theoretisch beschreiben. (mp)