Neue Perspektiven für die Wellenphysik Ausnahmezustand im Mikrowellenleiter

Mikrowellenleiter sind Gegenstand intensiver Forschung - der vielleicht bekannteste Vertreter ist das Koaxialkabel.
Mikrowellenleiter sind Gegenstand intensiver Forschung - der vielleicht bekannteste Vertreter ist das Koaxialkabel.

Ein Internationales Forscherteam hat einen Wellenleiter konstruiert, der eingekoppelte Schwingungsmoden auf bemerkenswerte Weise transformiert. Der Effekt beruht auf sogenannten Ausnahmepunkten, die verschiedene Forschungsgruppen aktuell mit hohem Interesse untersuchen.

Theoretische Physik ist vor allem eins: theoretisch. Es gibt aber durchaus Beispiele dafür, wie mathematische Größen, die zunächst wie ein formales Konstrukt aussehen, eine physikalische Realität beschreiben. Eines der Bekanntesten ist die Impedanz (Z) eines elektrischen Verbrauchers, der an Wechselstrom angeschlossen wird. Bei der Impedanz hat nicht nur der Realteil eine physikalische Bedeutung (ohmscher Widerstand), sondern auch der Imaginärteil. Er entspricht dem Blindwiderstand des Verbrauchers.

Eine andere komplexe Größe ist der aktuelle Forschungsgegenstand von Wissenschaftlern des Instituts für Theoretische Physik der Technischen Universität Wien. Zusammen mit Forschern des Instituts für die Physik der kondensierten Materie in Nizza untersuchen die Wiener Physiker komplexe Schwingungsfrequenzen an Wellensystemen. In der Regel wird die Schwingungsfrequenz einer Welle von den Eigenschaften des Mediums bestimmt, in dem es sich bewegt. Bei einer Mikrowelle in einem Mikrowellenleiter sind beispielsweise die Größe und die Form des Wellenleiters maßgebend – vorausgesetzt, es gibt keinen relevanten Energieübertrag auf oder vom Wellensystem während des Schwingungsvorgangs. Ist das doch der Fall, wird die Situation »viel komplizierter«, wie Prof. Stefan Rotter von der TU Wien erklärt. »So ähnlich wie man in der Mathematik ein komplexes Ergebnis erhält, wenn man die Wurzel aus negativen Zahlen zieht, ergeben unsere Gleichungen dann für die Wellen komplexe Frequenzen.«