Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

1, 2, 3, viele – wie aus wenigen Teilchen ein ‚Haufen‘ wird

25.10.2013
Heidelberger Physiker beobachten im Experiment die Entstehung eines Vielteilchensystems

Wie groß muss ein Ensemble von Teilchen sein, damit die Frage nach der genauen Teilchenzahl unwichtig wird?

Heidelberger Physikern ist es in Experimenten mit ultrakalten Atomen gelungen, den Übergang zu einem durch unendlich viele Teilchen beschriebenen System zu beobachten. Dieses physikalische Problem ist in der Philosophie als sogenanntes Sorites-Paradoxon bekannt. Im Mittelpunkt steht dabei die Frage, ab wann eine Ansammlung von Elementen einen ‚Haufen‘ bildet.

Durchgeführt wurden die Experimente von Wissenschaftlern der Universität Heidelberg unter Leitung von Prof. Dr. Selim Jochim am Max-Planck-Institut für Kernphysik. Die Veröffentlichung der Forschungsergebnisse erfolgte in „Science“.

„Systeme, die aus vielen Teilchen bestehen, lassen sich in der Regel nur sehr schwer mikroskopisch exakt beschreiben. Wissenschaftler arbeiten daher häufig mit effektiven Theorien, mit denen nicht mehr die einzelnen Teilchen wie zum Beispiel Gasmoleküle in der Luft betrachtet werden, sondern makroskopische Größen wie Druck oder Temperatur“, erläutert Selim Jochim. Ausgangspunkt der aktuellen Experimente war ein von den Heidelberger Forschern speziell präpariertes System, das so klein war, dass es noch exakt beschrieben werden konnte.

Beginnend mit einem Atom erhöhten die Wissenschaftler nun Atom für Atom die Anzahl der Teilchen. Dabei wurde immer wieder die Energie des gesamten Systems gemessen. Die Untersuchungen zeigten schließlich, dass für das hier untersuchte System bereits bei sehr wenigen Atomen die für ein unendlich großes System hergeleitete Theorie anwendbar wird.

„Dies können wir als direkt beobachtbaren Übergang von einem Wenigteilchensystem zu einem Vielteilchensystem bezeichnen. Bereits ab etwa vier Atomen ist, in einfachen Worten gesprochen, das von uns untersuchte System ein Haufen‘ im Sinne des Sorites-Paradoxon“, so der Heidelberger Physiker.

Die jetzt veröffentlichten Forschungsergebnisse basieren auf Vorarbeiten der Heidelberger Physiker, die im Jahr 2011 ebenfalls in „Science“ publiziert wurden: Den Wissenschaftlern um Selim Jochim ist es vor zwei Jahren gelungen, das für die aktuellen Untersuchungen verwendete System reproduzierbar in allen seinen Eigenschaften, zu denen die exakte Teilchenzahl, deren Bewegungszustand und ihre Wechselwirkung gehören, zu kontrollieren. „Bis heute sind wir das weltweit einzige Forscherteam, das derartige Systeme präparieren kann“, betont Prof. Selim Jochim. „Die nun publizierten Ergebnisse verwirklichen zum ersten Mal unsere Vision, mit diesen Experimenten einen tiefen Einblick in die Natur fundamentaler Wenigteilchensysteme zu gewinnen, um beispielsweise Atomkerne besser zu verstehen.“

Originalpublikation:
A. N. Wenz, G. Zürn, S. Murmann, I. Brouzos, T. Lompe, S. Jochim: From Few to Many: Observing the Formation of a Fermi Sea One Atom at a Time. Science, Vol. 342, Seite 457, 25. Oktober 2013; doi: 10.1126/science.1240516
Hinweis an die Redaktionen:
Eine Infografik ist über die Pressestelle erhältlich.
Kontakt:
Prof. Dr. Selim Jochim
Physikalisches Institut
Telefon (06221) 54-19472
jochim@uni-heidelberg.de
Kommunikation und Marketing
Pressestelle
Telefon (06221) 54-2311

Marietta Fuhrmann-Koch | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-heidelberg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Partnerschaft auf Abstand: tiefgekühlte Helium-Moleküle
07.12.2016 | Goethe-Universität Frankfurt am Main

nachricht Das Universum enthält weniger Materie als gedacht
07.12.2016 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Das Universum enthält weniger Materie als gedacht

07.12.2016 | Physik Astronomie

Partnerschaft auf Abstand: tiefgekühlte Helium-Moleküle

07.12.2016 | Physik Astronomie

Bakterien aus dem Blut «ziehen»

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie