Physik

Dauer: 25 min

Der FCC-ee wäre ein gewaltiges Infrastrukturvorhaben: Bereits 2019 hatte CERN das Konzept vorgestellt – ein ringförmiger Beschleuniger in einem rund 91 km langen Tunnel, rund 200 Meter unter der Erde, mit einem Umfang fast so groß wie das Genfer Becken. Zum Vergleich: Der LHC kommt auf lediglich 27 km Umfang.

Der Grund für die schiere Größe liegt in der Physik: Elektronen und Positronen verlieren beim Durchlaufen von Kurven Energie in Form von Synchrotronstrahlung – je kleiner der Ringradius, desto größer dieser Verlust. Um höhere Kollisionsenergien wirtschaftlich darstellbar zu machen, muss der Ring also zwingend größer werden.

Ein Dresdner Forschungsteam des Exzellenzclusters ctd.qmat hat ein neues Transportphänomen entdeckt: Leuchtende Quasiteilchen können in Quantenmaterialien von magnetischen Anregungen – sogenannten Spin-Wellen – mitgenommen und sogar ultraschnell beschleunigt werden. Für ihre Entdeckung untersuchten die Forschenden die nur wenige Atomlagen dünnen Kristallschichten des antiferromagnetischen Halbleiters Chromium-Schwefel-Bromid. Mit diesem neuen Quantenphänomen ist die Hoffnung auf neuartige magneto-optische Anwendungen verbunden. Die Forschungsergebnisse wurden im Fachjournal Nature Nanotechnology veröffentlicht.

Paper: Exciton transport driven by spin excitations in an antiferromagnet | PDF

Würzburger Physiker bestätigen die KPZ-Gleichung erstmals experimentell für zweidimensionale Oberflächen in einem Quantensystem.

https://www.uni-wuerzburg.de/aktuelles/pressemitteilungen/single/news/kpz-gleichung/

Physiker der Universität Würzburg haben die Quantendynamik in zweidimensionalen Schicht von Bornitrid bestimmt. Ihre Erkenntnisse bilden die Basis für künftige Anwendungen in der Quantentechnologie.

Paper: Intermediate excited state relaxation dynamics of boron vacancy spin defects in hexagonal boron nitride | PDF

Daten des Teilchenbeschleunigers LHC widerlegen vermeintliche Diskrepanz

Doch keine Diskrepanz: Ein für unser physikalisches Standardmodell entscheidendes Elementarteilchen ist offenbar doch nicht schwerer als es sein dürfte. Das belegen neue Analysen von Protonenkollisionen im Teilchenbeschleuniger LHC. Demnach entspricht die Masse des W-Bosons, des Trägerteilchens der schwachen Kernkraft, doch den Vorhersagen des Standardmodells – entgegen einer früheren Messung aus den USA, wie die Physiker in „Nature“ berichten. Ist die Diskrepanz damit endgültig widerlegt?

Paper: High-precision measurement of the W boson mass with the CMS experiment | PDF

Wie ich finde, ein sehr schönes Experiment.

Alle vier Teile können auf PeerTube geschaut werden:

• Teil 1: Wir schicken unseren Wetterballon in die Stratosphäre! - Dauer: 6 min
• Raspberry Pi, Arduino & LoRa: Das kommt in unsere Wetterballon-Sonde! (Teil 2) - Dauer 6 min
• Teil 3: Wir verfolgen unseren Wetterballon! - Dauer 12 min
• Teil 4: Das haben wir aus unserem Wetterballon-Flug gelernt - Dauer 9 min

Experiment weist Übergang zweier Dichtevarianten bei minus 63 Grad nach

Spannender Fund: Physiker haben ein zuvor unerkanntes Übergangsstadium von unterkühltem Wasser entdeckt – einen unteren kritischen Punkt. Bei minus 63 Grad und einen Druck von rund 1.000 Atmosphären gehen demnach zwei Dichtevarianten von ultrakaltem Wasser ineinander über. Dieser Übergang erzeugt Dichtefluktuationen und könnte auch einige exotische Eigenheiten des Wassers erklären, darunter die Dichteanomalie bei vier Grad [...]

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

Neue Messung überprüft Protonenradius und Standardmodell mit zuvor unerreichter Präzision

Überprüfung bestanden: Physiker haben den Radius des Protons mit zuvor unerreichter Präzision gemessen und dabei auch das Standardmodell der Teilchenphysik überprüft. Ihr Resultat bestätigt, dass der Protonenradius kleiner ist als lange gedacht – aber mit dem neuen Referenzwert übereinstimmt. Gleichzeitig testeten die Messungen eines Energieübergangs am Wasserstoff fundamentale Voraussagen der Quantentheorie bis auf 13 Nachkommastellen genau – und bestätigen auch diese, wie das Team in „Nature“ berichtet.

Paper: Sub-part-per-trillion test of the Standard Model with atomic hydrogen | PDF

Exotisches Ringmolekül besitzt umschaltbare "Korkenzieher"-Topologie der Elektronenorbitale

In sich gewunden: Chemiker haben eine bislang einzigartige Molekülform synthetisiert – ein Ringmolekül mit elektronischer Halb-Möbius-Topologie. Dabei drehen sich die π-Elektronenorbitale pro Windung um 90 Grad und bilden so eine korkenzieherähnliche Struktur. Eine solche Struktur wurde zuvor noch nie synthetisiert oder beobachtet, wie das Team in „Science“ berichtet. Spannend auch: Die Windung und ihre Richtung können reversibel umgeschaltet werden.

2D-Material Bornitrid schaltet Supraleiter ab – nur durch verstärktes Quantenrauschen

Verblüffender Effekt: Das 2D-Material Bornitrid wirkt als Verstärker für die allgegenwärtigen Quantenfluktuationen – und kann dadurch andere Materialien verändern, wie ein Experiment erstmals belegt. Wurde darin ein Bornitrid-Plättchen auf einen viel größeren Supraleiter-Kristall gelegt, verlor dieser seine Supraleitung. Dies geschah ohne eine Energiezufuhr oder andere äußere Einflüsse – wie durch Zauberhand. Dieser Quantenverstärker-Effekt könnte ganz neue technische Möglichkeiten eröffnen, wie Physiker in „Nature“ berichten

Paper: Cavity-altered superconductivity | PDF

„Autobahnen für Elektronen“ im Inneren eines Blei-Halogenid-Perowskit-Kristalls. Dieses natürliche Netzwerk struktureller Defekte erklärt die bemerkenswerten Eigenschaften beim Ladungstransport, die diese Materialien für die Energiegewinnung so effektiv machen.

Das Material eignet sich zur Herstellung von kostengünstigen und effizienten Solarzellen.

Paper: Flexoelectric domain walls enable charge separation and transport in cubic perovskites | PDF

Quantenphysikalische Kopplung reduziert Störeffekte und verkürzt Messzeiten von Ionen-Uhren

Schnellere Zeitmessung: Die quantenphysikalische Verschränkung kann optische Atomuhren stabiler und schneller auslesbar machen, wie ein Experiment demonstriert. Dabei dienten zwei verschränkte Calcium-Ionen als Zeitgeber. Ihre Verschränkung kompensierte die Störeffekte der umgebenden Magnetfelder und ließ die Ionen dadurch stabiler „ticken“. Diese Technik könnte auch andere optische Ionen-Atomuhren präziser machen, wie die Physiker berichten.

Paper: Entanglement-Enhanced Optical Ion Clock | PDF

Wintersport mit den Augen der Physik gesehen

Bei den Olympischen Winterspielen geht es um Zeiten, Weiten oder auch den perfekten Sprung – und hinter all dem stecken grundlegende Einheiten der Physik. Immer dann, wenn es um Körper in Bewegung geht, kommt auch die Physik ins Spiel. Was aber bedeutet dies konkret für Abfahrtstempo, Biathlonschüsse oder den Vierfachsprung im Eiskunstlauf?

• Wenn es um Hundertstel-Sekunden geht - Das Phänomen der Zeit und ihre Messung
• Auf das Tempo kommt es an - Geschwindigkeit, Beschleunigung und Entfernung
• Von Axeln, Saltos und Pirouetten - Die Bedeutung von Rotation, Druck und Masse

Auf einer Seite lesen: Physik der Olympischen Winterspiele

Neutrino-Observatorium am Südpol hat 670 neue Sensoren bekommen

Neue „Augen“ im Eis der Antarktis: Das Neutrino-Observatorium IceCube am Südpol hat sechs neue Messstränge mit mehr als 670 neuen Sensoren bekommen. Diese an kilometerlangen Kabeln ins Eis eingelassenen Detektoren können nun Neutrinos niedriger Energien präziser erfassen und so mehr über ihre Eigenschaften herausfinden. Aber auch die Quellen energiereicher kosmischer Neutrinos lassen sich nun genauer bestimmen. Das könnte entscheidende Einblicke in kosmische Prozesse, aber auch die Grundlagen des physikalischen Standardmodells bringen.

Kombination aus Tunneleffekt und Laserstrahlung überwindet Auflösungsgrenze des Lichts

Quantensprung für die optische Mikroskopie: Physiker haben ein Mikroskop entwickelt, das selbst atomkleine Strukturen sichtbar macht. Das Besondere daran: Nötig sind dafür nur eine ultrafeine Metallspitze, der Laserstrahl eines gängigen Infrarotlasers und ein Quanteneffekt: Tunnelnde Elektronen hinterlassen im Laserlicht charakteristische Signaturen, die Informationen über die Probe und ihre Struktur liefern. Diese neue Version der Nahfeld-optischen Mikroskopie (NOTE) eröffnet neue Möglichkeiten, atomare Prozesse zu erforschen, wie das Team erklärt.

Paper: Atomic-Scale Optical Microscopy with Continuous-Wave Mid-Infrared Radiation | PDF

Direkter Link zum Podcast mp3 - Dauer: 29 min