Zwei Bälle in unterschiedlichen Farben, die beide in der Mitte ein Loch haben, das ausgestopft ist.

Magnetisches Wurmloch erschaffen

Gerne reisen Science-Fiction-Helden durch Wurmlöcher zwischen weit entfernten Orten im Universum. In der realen Welt existieren diese Tunnel, die zwei Punkte in der Raumzeit verbinden, aber nur in physikalischen Theorien. Das hielt Physiker nicht davon ab, in ihrem Labor ein erstes Wurmloch zu bauen. Allerdings erlaubt es keine rasanten Fernreisen, sondern führt ein elektromagnetisches Feld durch einen magnetisch unsichtbaren Tunnel. Dabei entsteht die Illusion, dass die Feldlinien eines Magnetpols am Ausgang des Wurmlochs völlig überraschend auftauchen. Theorie und Experiment präsentieren die Forscher in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Scientific Reports“.

Grafik, die zuerst eine Kugel zeigt, in die Linien hineinlaufen und herauskommen. Auf dem nächsten Bild sind nur noch die ein- und auslaufenden Linien abgebildet.
Modell des magnetischen Wurmlochs

„Ein Wurmloch ist die Abkürzung zwischen zwei entfernten Punkten in der Raumzeit“, sagt Alvaro Sanchez von der Autonomen Universität Barcelona. „Wir haben nun ein Wurmloch realisiert, das zwei separate Punkte im Raum magnetisch durch einen Tunnel verbindet, der selbst magnetisch nicht nachweisbar ist.“ Mit seinen Kollegen simulierte Sanchez den Aufbau des magnetischen Wurmlochs erst im Computer auf der Grundlage eines vor einigen Jahren entworfenen theoretischen Konzepts. Diesem Bauplan folgend konstruierten sie ein kugelförmiges Objekt, dessen Kernkomponenten etwa so groß wie eine Orange waren.

Für den Bau schichtete Sanchez mehrere Hüllen aus sogenannten Metamaterialien übereinander. Durch die Mitte der Wurmlochkugel führte ein Kanal, der als Wurmlochtunnel für die magnetischen Felder fungierte. Damit die Ausbreitung der Magnetfelder von außen magnetisch unsichtbar erfolgen konnte, hatten die verschiedenen Schalen stark unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Die innere Schale bestand aus einem tiefgekühlten, metallischen Supraleiter, der völlig undurchlässig für magnetische Felder war. Die äußere Schale konstruierten die Forscher hingegen aus einem ferromagnetischen Werkstoff, der eine sehr hohe Durchlässigkeit, Permeabilität genannt, für Magnetfelder aufwies. Den Tunnel in der Wurmlochkugel füllten Sanchez und Kollegen mit einer zu einem Zylinder aufgerollten ferromagnetischen Folie.

Ob diese eigentümliche Materialkombination tatsächlich als Wurmloch funktionieren konnte, prüften die Forscher in zahlreichen Versuchen. Sie hielten einen Permanentmagneten vor den Eingang des Wurmlochs. Das magnetische Feld breitete sich durch das Wurmloch aus, war aber von außen nicht nachweisbar. Erst am Ausgang des Wurmlochs konnten sich die magnetischen Feldlinien wieder im Raum ausbreiten und waren messbar. Dabei entsprachen sie einem magnetischen Monopol, der wie aus dem Nichts auftauchte.

So konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass ihre Konstruktion den Eigenschaften eines Wurmlochs entsprach – allerdings nur für magnetische Felder. Dieses Grundlagenexperiment könnte praktische Anwendungen nach sich ziehen. „In einem Kernspin-Tomographen könnten Patienten lokal stark begrenzten magnetischen Feldern ausgesetzt werden“, sagt Sanchez. Sollten magnetische Wurmlöcher diese Möglichkeit in Zukunft eröffnen, ließen sich sogar Kernspin-Bilder von Patienten mit Herzschrittmachern gefahrlos aufnehmen. Wurmlöcher, die auf Masse und Gravitationsfelder wirken und damit Reisen durch die Raumzeit ermöglichen könnten, bleiben dagegen rein theoretische Gedankenmodelle.