Physik

Quantenmechanik trifft Zeitmessung: Physiker haben Atome so manipuliert, dass sie genauer und schneller „ticken“ als gängige optische Atomuhren. Möglich wird dies mithilfe der quantenphysikalischen Verschränkung und „Schrödingers Katze“ – dem Zustand der Überlagerung. Im Experiment erreichten verschränkte Strontium-Atome dadurch eine Frequenz-Stabilität jenseits des bisherigen Quantenlimits [...]. Das könnte in Zukunft eine schnellere und präzisere Zeitmessung ermöglichen.

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Wissenschaftlicher Hintergrund (PDF): Nobel Prize in Physics awarded to John Hopfield and Geoffrey Hinton

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• scinexx: Physik-Nobelpreis für KI-Pioniere

Bis zu fünf Meter groß und tiefviolett: Die Amethyst-Geoden aus dem Norden Uruguays sind weltberühmt. Doch unter welchen Bedingungen diese einzigartigen Edelsteine entstanden sind, haben Geologen erst jetzt herausgefunden. Demnach kristallisierte diese violette Variante des Quarz bei ungewöhnlich niedrigen Temperaturen aus. Anders als gedacht bildeten sich die kristallgefüllten Hohlräume zudem erst nach Ende des Vulkanismus in dieser Region.

Paper: World-class amethyst-agate geodes from Los Catalanes, Northern Uruguay: genetic implications from fluid inclusions and stable isotopes | PDF

Neuartiges Phänomen: Gewitter erzeugen nicht nur Blitze – ihre Wolken glühen und brodeln auch im Gammastrahlen-Bereich, wie Flüge mit einem umgebauten Spionageflugzeug enthüllen. Das für unsere Augen unsichtbare flackernde Gammaglühen kann sich Stunden hinweg und tausende Quadratkilometer erstrecken. Diese Gammastrahlen-Emission unterscheidet sich jedoch von den schon bekannten Gammablitzen solcher Gewitter, wie Forschende in „Nature“ berichten. Wie aber entsteht dieses neuartige Phänomen?

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Zusammenfassung unterstützt von ChatGPT:

Tachyonen sind hypothetische Teilchen, die sich schneller als das Licht bewegen könnten und seit Jahren Gegenstand physikalischer Diskussionen sind. Obwohl sie aufgrund paradoxer Eigenschaften wie negativer Energie, imaginärer Masse und der Verletzung von Kausalität und Symmetrie lange als reine Science-Fiction galten, zeigen physikalische Theorien, dass ihre Existenz zumindest theoretisch nicht ausgeschlossen ist.

Die spezielle Relativitätstheorie lässt Tachyonen theoretisch zu, obwohl sie nicht in die symmetrischen Gesetze des Universums passen. Frühere Versuche, Tachyonen in die Quantenfeldtheorie zu integrieren, scheiterten aufgrund logischer Widersprüche. Ein neuer Ansatz, basierend auf dem Zwei-Zustands-Formalismus könnte diese Probleme beheben. Durch eine Verdopplung des Zustandsraums und die gleichzeitige Berücksichtigung von Anfangs- und Endzuständen eines Systems, könnten Tachyonen in Einklang mit den Gesetzen der speziellen Relativitätstheorie gebracht werden.

Diese mathematische Lösung bedeutet, dass Tachyonen theoretisch möglich sind, auch wenn sie bislang nicht experimentell nachgewiesen wurden. Physiker hoffen nun, dass zukünftige Entdeckungen diese faszinierenden Teilchen sichtbar machen könnten.

Es werde Licht: LEDs sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Diese Leuchtdioden basieren auf chemischen Substanzen, die unter Strom Licht aussenden. Wie das genau funktioniert, wie moderne LEDs aufgebaut sind und was OLEDs von LEDs unterscheidet, erklärt der Chemiker Markus Suta in unserem Video.

Video: 2024 09 05 HHU Leuchtende Stoffe 03 - Dauer: 8 min

It has been thought of as many things: a pointlike object, an excitation of a field, a speck of pure math that has cut into reality. But never has physicists’ conception of a particle changed more than it is changing now.

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Nach fast 100 Jahren bewiesen: Chemiker haben erstmals eine zuvor nur theoretisch postulierte Bindungsform beim Kohlenstoff erzeugt und nachgewiesen – die Einzel-Elektronbindung. Bei dieser Sonderform der kovalenten Bindung teilen sich zwei benachbarte Kohlenstoffatome nicht wie üblich ein Elektronenpaar, sondern nur ein einzelnes Elektron. Weil diese Bindung entsprechend schwächer und instabil ist, konnte sie nie zuvor beobachtet werden. Doch jetzt ist dies gelungen [...]

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After being transferred to Cambridge by the Hawking Family in 2021, the scientific and personal archive of Professor Stephen Hawking has been fully catalogued and is now available to all who might benefit from access to it at Cambridge University Library.

Video: The Stephen Hawking Archive - 6 min

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Von der CERN-Seite Immersive tour of the accelerator complex:

The panoramas project was originally developed to provide an immersive visual aid to help prepare interventions on the CERN facilities. A public version has been released to offer an immersive experience for everyone.

Übersetzt:

Das Panoramaprojekt wurde ursprünglich entwickelt, um ein immersives visuelles Hilfsmittel für die Vorbereitung von Eingriffen in die CERN-Anlagen bereitzustellen.

Die öffentliche Version wurde bereitgestellt, um jedem ein immersives Erlebnis zu bieten.

Doch keine Abweichung? Physiker am Teilchenbeschleuniger LHC haben die Masse des W-Bosons neu bestimmt – des Trägerteilchens der schwachen Kernkraft. Das überraschende Resultat: Dieser zentrale Baustein des Standardmodells ist deutlich leichter als in der zuvor genauesten Messung ermittelt. Dafür stimmt seine Masse jetzt mit früheren, weniger präzisen Werten überein. Das bedeutet: Anders als noch 2022 gedacht, zeigt das W-Boson wohl doch keine Diskrepanz zum Standardmodell der Teilchenphysik.

Mehr als bloße Science-Fiction: Auch wenn der überlichtschnelle Flug mittels Warp-Antrieb bisher unmöglich ist – seine Signatur wäre detektierbar, wie Physiker ermittelt haben. Demnach setzt der Kollaps einer Raumzeit-verzerrenden Warp-Blase charakteristische Gravitationswellen-Signale frei. Diese Schwingungen der Raumzeit wären sogar stark genug für die aktuellen Gravitationswellen-Detektoren, ihre Frequenz liegt jedoch etwas zu hoch. Doch mit künftigen Detektoren wären solche Warp-Signaturen nachweisbar, wie das Team berichtet.

Paper: What no one has seen before: gravitational waveforms from warp drive collapse | PDF

Reguläre Atome bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen. Daneben gibt es auch exotische Atome wie das sogenannte Positronium. Es besteht aus einem Elektron und seinem Gegenstück aus Antimaterie, einem Positron, die sich gegenseitig umkreisen. Um Positronium präzise erforschen zu können, darf es nicht zu schnell sein – was bei Teilchen bedeutet: nicht zu warm. Einer Forschungsgruppe ist es jetzt gelungen, Positronium mit Lasern zu kühlen.

Paper: Cooling positronium to ultralow velocities with a chirped laser pulse train | PDF

Exotischer Zustand: Physiker haben Lichtteilchen so manipuliert, dass sie ein eindimensionales Gas bilden – einen Zustand, in dem die Photonen anders reagieren als normalerweise. Dieses eindimensionale Lichtgas ermöglichte erstmals die Überprüfung theoretischer Vorhersagen. So enthüllte das Experiment, dass die Photonen in diesem eindimensionalen Zustand keinen scharfen Phasenübergang zum optischen Bose-Einstein-Kondensat mehr zeigen [...]

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Artikel vom 21.06.2024

Scherbenloses Glück: Ein neuartiges Glas aus Peptiden, also kurzkettigen Aminosäuren, kann sich selbst reparieren und haftet außerdem extrem fest an hydrophilen Oberflächen, wie Forscher herausgefunden haben. Grund für diese beeindruckenden Eigenschaften: In Kontakt mit Wasser ordnen sich die Peptid-Moleküle zu einer glastypisch amorphen Struktur an. Doch wofür lässt sich das Superglas nutzen?

Video: A glass that builds and heals itself - Dauer: 4 min

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Lange nur vermutet, jetzt endlich nachgewiesen: Chemiker haben erstmals schweflige Säure (H2SO3) unter Atmosphärenbedingungen nachgewiesen – eine Säure, die als extrem instabil und quasi „nicht existent“ galt. Doch wie die Versuche enthüllen, kann diese kurzlebige Schwefelverbindung in der Erdatmosphäre entstehen. Dort werden den Berechnungen zufolge sogar acht Millionen Tonnen schweflige Säure jährlich gebildet, wie das Team berichtet. Damit spielt diese Säure eine wichtigere Rolle für die Atmosphärenchemie als lange gedacht.

Paper: Gas-Phase Formation of Sulfurous Acid (H2SO3) in the Atmosphere | PDF

Atomuhren weichen nur eine Sekunde in Millionen Jahren ab. Trotzdem braucht man für Grundlagenforschung mitunter noch präzisere Zeitmesser. [...] ist hierfür ein wichtiger Fortschritt in der Präzisionszeitmessung gelungen: Das Team kombinierte eine hochpräzise optische Atomuhr mit einem Hochenergie-Lasersystem und koppelte diese erfolgreich mit einem Kristall, der Thorium-229-Atomkerne enthält. Damit konnten sie das Frequenzverhältnis zwischen dem Energieübergang innerhalb eines Atomkerns und der Atomuhr messen

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Artikel vom 28.06.2024

Hohe Leistung, Bandbreite und Präzision trotz Miniaturisierung auf Millimeter-Maßstab

Durchbruch in der Lasertechnik: Einem US-Team ist es erstmals gelungen, den für Forschung und Technik wichtigen Titan:Saphir-Laser zu miniaturisieren – und trotzdem seine hohe Leistung und Bandbreite zu erhalten. Das neue Laserbauteil ist nur wenige Millimeter groß und benötigt zur Anregung nur einen gängigen grünen Laserpointer, wie das Team in „Nature“ berichtet. Herkömmliche Titan:Saphir-Laser sind 10.000-mal größer und tausendfach teurer, was ihre Anwendung bisher stark eingeschränkt hat.

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Gewisse Gefahren des Alltags kennt jeder. Dazu gehört ohne Zweifel das Risiko, sich mit Papier in die Finger zu schneiden. Drei Physiker aus Dänemark haben das Ganze nun wissenschaftlich untersucht und gefragt: Bei welcher Papierart ist das Risiko, sich zu schneiden, am größten?

Meine Meinung:
Diese Forschung ist ein guter Kandidat für den Ig-Nobelpreis.

Vom 23. bis zum 28. September 2024 veranstalten die Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) und die Leibniz Universität Hannover das große Wissenschaftsfestival „Highlights der Physik“ in Hannover. Auf dem Ernst-August-Platz vor dem Hauptbahnhof geben Wissenschaftler aus erster Hand und auf unterhaltsame Weise Einblicke in ihre zukunftsweisende Forschung. Das Programm beinhaltet Mitmach-Experimente und Bühnenshows sowie ein vielfältiges Vortragsprogramm.

Links:

• Highlights der Physik 2024 in Hannover - Webseite
• Das komplette Programm
• Flyer - PDF
• Video-Trailer - Dauer: 3 min