Physik

Premiere: Physiker haben erstmals eine Transportbox für Antimaterie konstruiert – eine mobile Magnetfalle für Antiprotonen. In ihr hält ein supraleitender Maget die Antiteilchen in einer Vakuumkammer in der Schwebe und verhindert so ihre Auslöschung durch Materiekontakt. Mit diesem System soll bald Antimaterie vom Forschungszentrum CERN in Labore in ganz Europa gebracht werden – eine weltweite Premiere. Das erste Ziel des ehrgeizigen Transport-Projekts ist ein Messlabor in Düsseldorf.

„Leuchtende“ Premiere: Physikern ist es zum ersten Mal gelungen, das Aussehen eines einzelnen Photons zu visualisieren – der Grundeinheit allen Lichts. Dieser Durchbruch gelang mithilfe eines Modells, das die Freisetzung eines Photons aus einem Nanopartikel so präzise und umfassend wie nie zuvor rekonstruiert. Quasi als Nebeneffekt enthüllte dies auch Form und Schwingungsmoden dieses Lichtteilchens – und wie diese Merkmale durch die Entstehungsbedingungen geprägt werden.

Paper: Exact Quantum Electrodynamics of Radiative Photonic Environments | PDF

Alternativer Link @archive.org

Zusammenfassung durch ChatGPT:

Der „kosmische Kalender“, bekannt durch Carl Sagan, komprimiert die 13,8 Milliarden Jahre des Universums in ein Kalenderjahr: Der Urknall ist am 1. Januar, die Erde entsteht am 3. September, Leben erscheint am 16. September. Dinosaurier tauchen am 25. Dezember auf und verschwinden am 30. Dezember. Der moderne Mensch erscheint erst am 31. Dezember, wenige Minuten vor Mitternacht, und die gesamte Geschichte der Menschheit passt in die letzten Sekunden. Dieses Modell zeigt, wie winzig unsere Zeitdimensionen im Vergleich zur Geschichte des Universums sind.

H.E.S.S.-Observatorium detektiert erstmals Elektronen mit 40 Teraelektronenvolt Energie

Extreme Elektronen: Astrophysiker haben erstmals kosmische Elektronen mit bis zu 40 Teraelektronenvolt Energie eingefangen – ein neuer Rekord. Nachgewiesen wurden diese hochenergetischen, in die Erdatmosphäre rasenden Teilchen vom H.E.S.S.-Observatorium in Namibia. Die neuen Messungen bestätigen zudem, dass es im Spektrum der kosmischen Elektronen einen auffallenden Knick bei rund einem Teraelektronenvolt gibt. Das liefert wertvolle Hinweise auf die bisher unbekannten Quellen dieses energiereichsten Anteils der kosmischen Strahlung.

Weiterer Artikel zum Thema:

• Spektrum: Astrophysik: Kosmische Elektronen mit rekordverdächtiger Energie entdeckt | Alternativer Link @archive.org

Nudeln im Nanomaßstab: Chemiker haben die dünnsten je erzeugten Nudeln hergestellt. Diese Nano-Spaghetti bestehen aus ganz normalem Weizenmehl, sind aber nur 372 Nanometer dick – rund 200-mal dünner als ein menschliches Haar. Theoretisch wären die mikroskopisch feinen Nudeln sogar essbar, gedacht sind sie aber als Fasern für die Biomedizin und Technik, wie das Team erklärt. Produziert haben sie die Nano-Nudeln mithilfe von Weizenmehl, warmer Ameisensäure und einer „Nudelmaschine“ der Nanotechnologie.

Paper: Nanopasta: electrospinning nanofibers of white flour | PDF

Verkehrte Welt: Ein Laserexperiment enthüllt erstmals, dass auch Licht einen Schatten werfen kann – bisher galt ein solcher Effekt als unmöglich. Die deutlich erkennbare dunkle Schattenspur entsteht durch einen grünen Laserstrahl, in dessen Pfad das blaue Licht eines zweiten Lasers absorbiert wird, wie die Physiker berichten. Verblüffend auch: Hält man ein Objekt in den Schatten, folgt dieser dessen Konturen genauso wie ein normaler Schatten. Doch was steckt dahinter?

Paper: Shadow of a laser beam | PDF

Ältere Posts zum Thema:

• Scientists discover laser light can cast a shadow
• Laserstrahl kann Schatten werfen

Eine Forschungsgruppe hat bei einem Experiment mit verschiedenfarbigen Laserstrahlen und Rubinkristallen herausgefunden, dass die Laser Schatten werfen. Dieser war mit dem bloßen Auge sichtbar und wurde in einem Foto dokumentiert.

Paper: Shadow of a laser beam | PDF

Alternativer Link @archive.org

tl;dr von ChatGPT:

Forscher der Aalto-Universität haben eine Methode entwickelt, Lichtwirbel mithilfe von Nanopartikeln zu erzeugen, die deutlich mehr Daten transportieren können. Die Lichtwirbel haben ein dunkles Zentrum und speichern Informationen effizienter. Diese Technik könnte die Übertragungskapazität in Glasfasern um das Acht- bis Sechzehnfache steigern. Unklar ist noch, ob spezielle Anpassungen an Glasfaserkabeln nötig sind.

Paper: High topological charge lasing in quasicrystals | PDF

Alternativer Link @archive.org

tl;dr von ChatGPT:

Ein Team um Toni Annala von der Aalto-Universität in Finnland hat gezeigt, dass stabile Knoten in speziellen Flüssigkeiten mit Quanteneffekten möglich sind, etwa in Bose-Einstein-Kondensaten oder bestimmten Flüssigkristallen. Hier verhindern Quantenwirbel, dass sich die Strukturen selbst durchdringen und auflösen. Diese topologischen Störungen sind stabil, solange eine bestimmte Erhaltungsgröße gewahrt bleibt. Die Forschenden planen nun, solche Knoten experimentell in einem Bose-Einstein-Kondensat zu erzeugen.

Magnetare sind die stärksten Magneten im Kosmos. Was passiert, wenn diese Neutronensterne zum Schwarzen Loch kollabieren, haben Astrophysiker nun erstmals mithilfe einer detaillierten Simulation rekonstruiert. Sie enthüllt, wie der Kollaps die stärksten Magnetschockwellen des Universums erzeugt und Materie- und Antimaterieteilchen kollidieren lässt. Die Schockwellen und enormen Energien lassen selbst den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs nachbeben, wie die Astronomen berichten.

Paper: Monster Shocks, Gamma-Ray Bursts, and Black Hole Quasi-normal Modes from Neutron-star Collapse | PDF | EPUB

Alternativer Link @archive.org

1924 aufgestellt, 2024 widerlegt: Chemiker haben eine Abweichung von der in vielen Chemie-Lehrbüchern stehenden Bredtschen Regel gefunden. Demnach gibt es doch stabile Doppelring-Kohlenwasserstoffe, die eine Doppelbindung an ihrem sogenannten „Brückenkopf“-Atom tragen – einem Atom zwischen den beiden Ringen. Möglich wird dieser Regelverstoß durch spezielle Reaktionswege und Helfer-Moleküle [...]

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

Alternativer Link @Archive.ph

Zusammenfassung durch ChatGPT:

In den 1930er Jahren entdeckte der Linguist George Kingsley Zipf ein Muster, das als Zipfsches Gesetz bekannt wurde: Häufig verwendete kurze Wörter tauchen viel häufiger auf als längere, seltenere Wörter. Dieses Gesetz ist sprachübergreifend anwendbar und beschreibt, dass das häufigste Wort etwa doppelt so oft vorkommt wie das zweithäufigste usw.

Forscher um Andrei Constantin von der Universität Oxford haben dieses Gesetz nun auch bei mathematischen Symbolen in physikalischen Formeln gefunden. Sie analysierten Formeln aus den Feynman Lectures on Physics, einer Wikipedia-Seite über wissenschaftliche Gleichungen und der Encyclopaedia Inflationaris. Indem sie mathematische Symbole wie Wörter behandelten, zeigte sich ein Zipfsches Gesetz auch in den Formeln: Häufig benutzte Symbole wie Variablen für Ort und Zeit erscheinen oft, gefolgt von Multiplikation und Zahlen. Dieses Muster galt für die untersuchten Formeln, wenn auch mit leichten Unterschieden zwischen den Quellen.

Überraschend war, dass selbst seltenere Funktionen wie Exponential- und trigonometrische Funktionen diesem Gesetz folgen. Die Ursache dieses universellen Musters ist laut den Forschern unklar. Es könnte kulturelle Wurzeln haben oder auf tieferliegende physikalische Prinzipien hinweisen – womöglich auf ein „Gesetz über die physikalischen Gesetze“ selbst.

Paper: Statistical Patterns in the Equations of Physics and the Emergence of a Meta-Law of Nature | PDF

Neue Einblicke: Physiker haben die genaue 3D-Struktur von Skyrmionen kartiert – winzigen Magnetwirbeln in Feststoffen, die als vielversprechende Basis für eine künftige „Spintronik“ gelten. Ihre Mikro-Röntgendurchleuchtung enthüllte erstmals, wie die einzelnen atomaren Spins in den Skyrmionen ausgerichtet sind und wie sie sich mit Höhe und Breite der Magnetwirbel verändern. Dies ebnet den Weg zur Produktion maßgeschneiderter Skyrmionen – beispielsweise für Quantenspeicher und Quantencomputer der Zukunft.

Paper: Quantifying the topology of magnetic skyrmions in three dimensions | PDF

Gekoppelte Schwergewichte: Physiker haben erstmals die Verschränkung von zwei Top-Quarks nachgewiesen – den schwersten bekannten Elementarteilchen. Die im Teilchenbeschleuniger LHC beobachtete Kopplung der Top-Quarks ist der erste Beleg dafür, dass Quarks sich überhaupt verschränken können. Gleichzeitig ist dies die Verschränkung mit der höchsten je bei diesem quantenphysikalischen Phänomen nachgewiesenen Energie, wie das Team in „Nature“ berichtet.

Paper:

• Observation of quantum entanglement with top quarks at the ATLAS detector | PDF
• Measurements of polarization and spin correlation and observation of entanglement in top quark pairs using lepton+jets events from proton-proton collisions at s√ = 13 TeV | PDF

Alternativer Link @Archive.ph

Mit einem Docht kann man Flüssigkeit elegant zwischen Behältern umfüllen. Dabei strömt sie sogar ein Stück aufwärts, wie bei einem klassischen Siphon mit festen Wänden. Beim weichen Docht umhüllt eine Wasserhaut die Fasern und wirkt wie ein starres Rohr.

Was die schweren "Brüder" des Elektrons über unsere Welt verraten

• Was sind Myonen? - Strahlung, Einstein und die Zeitdehnung
• Mehr Durchblick mit kosmischen Teilchen - Myonen durchleuchten Vulkane, Tunnel und Co
• Streuung statt Absorption - Die Myonen-Tomografie und ihre Einsatzzwecke
• Pyramiden, Gräber und noch mehr - Myonen-Bildgebung in der Archäologie
• Mysteriöse Diskrepanzen - Myonen rütteln an den Grundlagen der Physik

Auf einer Seite lesen: Myonen - Fenster ins Verborgene

Materiebaustein mit Geheimnissen: Schon seit gut 30 Jahren rätseln Physiker über unerklärte Diskrepanzen bei der Lebensdauer freier Neutronen – jetzt könnten sie den Grund gefunden haben. Demnach könnte das Neutron einen noch unentdeckten angeregten Zustand besitzen, in dem es ein wenig länger stabil bleibt als im Grundzustand. Das würde erklären, warum Messungen mit frischen, potenziell noch angeregten Neutronen längere Lebensdauern ermittelt haben als andere Methoden. Doch wie ließe sich dies nachweisen?

Paper: Exciting hint toward the solution of the neutron lifetime puzzle | PDF

Neuer Rekord: Physiker haben einen Laser entwickelt, der die bisher stärksten ultrakurzen Laserpulse erzeugen kann – seine Leistung übertrifft den bisherigen Rekord um rund 50 Prozent. Der neuartige Laseroszillator erreicht Spitzenleistungen von 100 Megawatt bei regelmäßigen Pulsraten von 5,5 Megahertz, wie das Team berichtet. Das Besondere zudem: Die hohe Pulsleistung wird nicht durch nachträgliche Verstärkung erreicht, sondern durch Komponenten im Laser selbst.

Paper: Ultrafast 550-W average-power thin-disk laser oscillator | PDF (captcha)

Ein Heise-Kommentator hat dazu noch dieses Video verlinkt: Why It Was Almost Impossible to Make the Blue LED