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 Maschinelles Lernen im Quantenlabor
19.01.2018 | Universität Innsbruck

nachricht Seltsames Verhalten eines Sterns offenbart Schwarzes Loch, das sich in riesigem Sternhaufen verbirgt
17.01.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie

Elektrische Felder steuern Nano-Maschinen 100.000-mal schneller als herkömmliche Methoden

19.01.2018 | Energie und Elektrotechnik