Physik

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Originalartikel im Quanta Magazine: Mathematicians Attempt to Glimpse Past the Big Bang

Artikel vom 05.06.2024

Ultrakalter Durchbruch: Physiker haben erstmals polare Moleküle in ein Bose-Einstein-Kondensat überführt. In diesem Quantenzustand verhalten sich die einzelnen Moleküle wie ein gekoppeltes Ganzes. Möglich wurde dies durch ein spezielles Mikrowellen-Kühlsystem, das eine Wolke polarer Natrium-Cäsium-Moleküle bis auf fünf Nanokelvin herunterkühlte – und so den Übergang zum Quantenzustand des Kondensats ermöglichte, wie das Team in „Nature“ berichtet. Das neue Molekül-Kondensat eröffnet nun ganz neue Chancen der Forschung und Anwendung.

Paper: unfrei, also kein Open Access | Was bedeutet Open Access?

Älterer Post zum Thema:

• Bose-Einstein-Kondensat: Theoretische »Quanten-Superchemie« erstmals beobachtet

Trillionstel Sekunden für einen Schnappschuss: US-Forscher haben ein Transmissions-Elektronenmikroskop erstmals so umgebaut, dass es eine zeitliche Auflösung von wenigen Attosekunden erreicht. Das neuartige Atto-Mikroskop kann dadurch einige der schnellsten Prozesse in der Chemie, Physik oder Biologie einfangen – mit einem einzigen ultraschnellen Schnappschuss. Möglich wird dies durch eine geschickte Kombination von Laserpulsen, die als Elektronengeneratoren und Pulsfilter zugleich agieren.

Paper: Attosecond electron microscopy and diffraction | PDF

Sie ist bereits intensiv erforscht und zählt dennoch zu den größten ungelösten Rätseln der Physik: Antimaterie. Nun hat eine Forschungsgruppe einen neuen Atomkern aus Antimaterie entdeckt – sogenannten Antihyperwasserstoff-4. Wie sie im Fachmagazin „Nature“ berichten, handelt es sich dabei um den schwersten bisher beobachteten Kern aus Antimaterie.

Paper: unfrei

arXiv: Observation of the Antimatter Hypernucleus 4/Λ H | PDF

Lightshow im Nanomaßstab: Physiker haben einen winzigen Diamanten in eine leuchtende, sich rasant drehende Diskokugel verwandelt. Mit 1,2 Milliarden Umdrehungen pro Minute kreist der Nanodiamant frei im Vakuum und fluoresziert, von Lasern angeregt, in farbigem Licht. Das Entscheidende jedoch: Diese „Diskokugel“ erlaubt das Auslesen von Qubit-Spinzuständen im Kristallgitter des Nanodiamanten – und macht ihn so zu einem hochsensiblen und nützlichen Quantensensor, wie das Team berichtet.

Paper: Quantum control and Berry phase of electron spins in rotating levitated diamonds in high vacuum | PDF

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Mit der richtigen Pump-Bewegung können die Athleten eine höhere Geschwindigkeit erreichen. Wie genau, das haben Physiker mit einer Modellierungsstudie ermittelt.

Quantenpost im Untergrund: In New York City hat die Quanten-Übertragung einen ersten Langzeittest bestanden. 15 Tage lang wurden verschränkte Photonen über eine 34 Kilometer lange Telekommunikationsleitung unter der Stadt verschickt – ohne zwischenzeitige Kalibrierung und andere menschliche Hilfen. Mit Erfolg: Trotz Vibrationen und weiteren stadttypischen Störeffekten erreichte der Quantentransfer eine Zuverlässigkeit von 99 Prozent, wie die Physiker berichten.

Paper: Automated Distribution of Polarization-Entangled Photons Using Deployed New York City Fibers | PDF

Die Technik erreicht einen Wirkungsgrad von 27 Prozent bei der Produktion von Solarenergie. Dafür wurde eine mehrschichtige, lichtabsorbierende Solarzelle entwickelt.

University of Oxford Pressemitteilung: Solar energy breakthrough could reduce need for solar farms

„Blaue Wunder“ im Miniformat: Auch in der Eifel gibt es Saphire – kleine Körnchen dieser blauen Edelsteine werden dort in vulkanischem Material und ausgewaschen in Flüssen gefunden. Wie und wann diese Variante des Minerals Korund dort entstanden ist, haben Geoforscher nun herausgefunden. Demnach gehen die Eifel-Saphire auf mindestens zwei verschiedene geologische Mechanismen zurück, einer davon passierte im Erdmantel, einer in der Erdkruste.

Paper: Petrologically controlled oxygen isotopic classification of cogenetic magmatic and metamorphic sapphire from Quaternary volcanic fields in the Eifel, Germany | PDF

Falle für mysteriöse Teilchen: Ein Experiment mit drei starken Lasern soll helfen, die rätselhaften Teilchen der Dunklen Materie aufzuspüren. Dieser Aufbau – ähnlich drei gekreuzten Lichtschwertern – könnte „Axionen“ anzeigen, die wahrscheinlichsten Kandidaten für die Dunkle-Materie-Teilchen. Wenn es sie gibt, müssten sie sich durch winzige Verschiebungen in der Schwingungsrichtung des gestreuten Laserlichts verraten, wie Physiker berichten. Durchführbar wäre ein solches Experiment beispielsweise am European XFEL.

Paper: Searching for axion resonances in vacuum birefringence with three-beam collisions | PDF

Über das Periodensystem hinaus: Kernphysikern ist ein wichtiger Schritt zur Herstellung des Elements 120 gelungen – einem noch unentdeckten Element jenseits des bisher schwersten bekannten Atoms. Erstmals erzeugten sie das superschwere Element Livermorium (116) durch einen energiereichen Strahl aus Titan-50-Isotopen. Wird der Titan-Strahl künftig auf Californium statt Plutonium geschossen, könnte das Element 120 entstehen. Dies soll schon innerhalb der nächsten Jahre passieren, wie das Team berichtet.

Paper: Towards the Discovery of New Elements: Production of Livermorium (Z=116) with 50Ti | PDF

Technischer Durchbruch: Physikern ist es erstmals gelungen, einen Strahl aus Myonen zu fokussieren und zu verdichten – den kurzlebigen, schweren „Brüdern“ des Elektrons. Die nun demonstrierte Methode der „Ionenkühlung“ schafft damit eine wichtige Voraussetzung für Teilchenbeschleuniger der nächsten Generation. Denn Myonen können die gleiche Kollisionsenergie mit viel weniger Anlauf und Kosten erreichen als der Large Hadron Collider (LHC) oder große Elektronenbeschleuniger.

Paper: Transverse emittance reduction in muon beams by ionization cooling | PDF

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Spektrum-Leserfrage:

»In letzter Zeit lese ich viel von so genannten Gravitationslinsen. Ich verbinde mit dem Begriff »Linse« ein optisches Element, das extrem genau geschliffen sein muss, damit ein vernünftiges Bild entsteht. Bei den Gravitationslinsen, wo große, ­verteilte Massen das Licht ablenken, ist ja wohl eine solche exakte Abbildung nicht gegeben. Was kann man aber dann ­praktisch damit anfangen?« – Dietrich Kracht

Robuster Transport: Physiker haben erstmals sichtbar gemacht, wie sich Elektronen durch die Kristallebenen des Perowskits bewegen – und Überraschendes entdeckt. Demnach ist der Ladungstransport in diesem Elektronikmaterial erstaunlich immun gegenüber lokalen Korngrenzen und anderen Unregelmäßigkeiten. Dafür zeigen sich im größeren Maßstab vielversprechende Hotspots besonders effizienter Elektronenbewegungen. Dies könnte dabei helfen, Perowskit-Solarzellen, aber auch andere Elektronikmaterialien zu optimieren, so das Team in „Nature Photonics“.

Paper: unfrei

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Das Klima der Erde erwärmt sich immer weiter und damit steigt auch der Bedarf an Kühlsystemen. Bereits heute ist ein großer Anteil des weltweiten Energieverbrauchs auf Kühlung zurückzuführen. Deswegen versuchen Forscher, möglichst energiesparende Kühlsysteme zu entwickeln. Ein besonderes Phänomen – der sogenannte elektrokalorische Effekt – verspricht beispielsweise effiziente und kompakte Kühlsysteme aus dünnen Festkörpern. Anders als bei heutigen Kühlschränken würde die Kälte mit einem festen Material und nicht mit einer Kühlflüssigkeit oder einem Gas erzeugt. Im Interview mit Welt der Physik spricht Daniel Hägele von der Universität Bochum über den aktuellen Stand der Forschung und über die Möglichkeiten der neuen Technik.

Wodurch erhält das Proton seinen Spin? Diese Frage ist noch immer nicht geklärt, denn Experimente liefern widersprüchliche Daten zum Beitrag der Gluonen. Jetzt haben Physiker diese mithilfe spezieller Simulationen noch einmal überprüft. Doch das Ergebnis bestätigt erneut, dass der Beitrag der Gluonen sowohl positiv als auch negativ sein könnte. Letzteres wirft die Frage auf, woher dann der Löwenanteil des Protonenspins kommt – denn auch die Quarks tragen nur wenig zu ihm bei.

Paper: Gluon helicity from global analysis of experimental data and lattice QCD Ioffe time distributions | PDF

Die Rolle des Forschungsprojekts International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) für die Kernfusion hat sich nach Meinung eines beteiligten Experten auch nach dem neuen Zeitplan nicht entscheidend geändert. "ITER ist immer noch der 'Schneepflug', der den Weg bahnt, auf dem alle anderen dann mit besserer Traktion fahren können", erklärte Prof. Dr. Hartmut Zohm gegenüber heise online. Er leitet am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching den Bereich Tokamak-Szenario-Entwicklung.

Video: ITER 10 Jahre später? - Was der neue Fahrplan wirklich bedeutet | Hartmut Zohm - Dauer: 11 min

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• Kernfusion: ITER-Projekt verzögert sich um mehrere Jahre und wird teurer

Tickender Halbleiter: Physiker haben erstmals einen mit Gigahertz-Frequenz „tickenden“ Zeitkristall auf einem Mikrochip erzeugt. Das regelmäßig oszillierende System entsteht, wenn eine Quantenfalle im gängigen Halbleiter Galliumarsenid mit kontinuierlichem Laserlicht angeregt wird. Das „Ticken“ im Gigahertz-Bereich und die Integration auf einem Mikrochip könnte neue Möglichkeiten der Anwendung für solche Zeitkristalle eröffnen, wie das Team in „Science“ berichtet.

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• Physiker erschaffen langlebigen Zeitkristall

Keine bloße Science-Fiction: Tachyonen können schneller fliegen als das Licht – zumindest besagen dies einige physikalische Modelle. Doch ob diese hypothetischen Teilchen mit der Relativitätstheorie vereinbar sind und über Quantenfeldtheorien beschrieben werden können, ist strittig. Jetzt haben Physiker eine mögliche Lösung dieses Dilemmas veröffentlicht – und die Diskussion neu entfacht. Was aber ist das Problem mit den Tachyonen?

Paper: "Covariant quantum field theory of tachyons" nicht frei zugänglich

Paper: Comment on "Covariant quantum field theory of tachyons" | PDF

Video aus dem Artikel: This Particle Travels Faster Than Light | Tachyons - Dauer: 6 min

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Paper: Rotating curved spacetime signatures from a giant quantum vortex | PDF

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Paper: Searching for Decoherence from Quantum Gravity at the IceCube South Pole Neutrino Observatory | PDF