Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Beobachtung von Quantenzuständen im Gravitationsfeld der Erde gelungen

16.01.2002


Internationales Forschungsteam aus Frankreich, Russland und der Universität Heidelberg stellt am 17. Januar 2002 neue Ergebnisse seiner Experimente in "Nature" vor


Die Beobachtung von Quantenzuständen im Gravitationsfeld der Erde ist einem internationalen Forschungsteam aus Frankreich, Russland und der Universität Heidelberg gelungen. Dabei werden ultrakalte Neutronen auf einem horizontalen Neutronenspiegel unter dem Einfluss des Schwerefeldes der Erde mehrfach reflektiert. Aufgrund der Quantennatur des Neutrons sind nur diskrete Energieniveaus erlaubt. Diese Energieniveaus finden sich als Stufen in den Messdaten wieder, und Quantenphänomene können als Abweichung von der klassischen Erwartung sichtbar gemacht werden. Ergebnisse der Experimente werden am 17. Januar 2002 in "Nature" veröffentlicht unter dem Titel "Quantum states of the neutron in the gravitational field" von den Autoren V. V. Nesvizhevsky, H. G. Börner, A. K. Petukhov, H. Abele, S. Baeßler, F. J. Rueß, T. Stöferle, A. Westphal, A. M. Gagarsky, G. A. Petrov, A. V. Strelkov .

Die Gravitation ist wahrscheinlich die alltäglichste Kraft, die wir kennen. Das hier beschriebene Experiment ist vom Prinzip her ein Fallexperiment, wie es erstmals von Galilei durchgeführt wurde. Der Unterschied liegt in der Wahl des Fallobjekts. Heute ist das Objekt der Wahl ein äußerst energiearmes Neutron, die Fallhöhe beträgt einige Mikrometer und zur Beschreibung der Ergebnisse ist die Quantenmechanik notwendig.


Unter den bisher untersuchten Quantenphänomenen haben die meisten als Ursache elektromagnetische Kräfte, wie sie beispielsweise in der chemischen Bindung zu Tage treten. Die aktuellen Untersuchungen sind nun in einen neuen Energiebereich vorgestoßen. Aus physikalischer Sicht spielt die Gravitation nämlich eine Sonderrolle, da sie viele Zehnerpotenzen schwächer ist als alle anderen fundamentalen Kräfte der Natur.

Die Experimente wurden von einem internationalen Team aus dem Physikalischen Institut der Universität Heidelberg (H. Abele, S. Baeßler, N. Haverkamp, F. Rueß, T. Stöferle, A. Westphal), dem Institut Laue-Langevin (ILL) in Grenoble (V. Nesvizhevsky, H. Börner, A. Petukhov) und den Kernphysikinstituten St. Petersburg (A. Gagarsky, G. Petrov) und Dubna (A. Strelkov) in Russland durchgeführt. Die europäische Neutronenquelle am ILL stellt Neutronen für das durchgeführte Experiment zur Verfügung: Die im Kernspaltprozess erzeugten Neutronen sind ursprünglich alle sehr schnell, das heißt "heiß" (mehr als zehn Milliarden Grad). Für das Experiment braucht man aber äußerst langsame, das heißt "ultrakalte" Neutronen, die bis herab auf ein Tausendstel Grad über dem absoluten Temperaturnullpunkt gekühlt wurden. Diese Neutronen sind so energiearm, dass sie im Gegensatz zu schnelleren Neutronen an präzise polierten Spiegeloberflächen unter allen Auftreffwinkeln wie Licht an einem Spiegel reflektiert werden. Diese Neutronen werden nun vom Ausgang der Neutronenquelle für ultrakalte Neutronen über diesen Spiegel im Gravitationsfeld der Erde zu einem Neutrondetektor geführt.

Falls die Neutronen genügend Energie haben - für Hüpfhöhen oberhalb 50 Mikrometer über dem Spiegel -, so kann nicht zwischen klassischer Beschreibung und Quantenmechanik unterschieden werden und die Messdaten folgen der klassischen Erwartung. Werden die Hüpfhöhen von oben durch einen Neutronenabsorber beschränkt, dann macht sich für die entsprechenden kleinen Neutronenergien das Quantenregime bemerkbar. Im Unterschied zu Licht zeigen Neutronen nun Eigenschaften, wie sie nur durch die Gravitation im Zusammenspiel mit der Quantenmechanik hervorgerufen werden können: Ist der gewählte Energiebereich der Neutronen zu gering, so können keine Neutronen transmittiert werden. Licht jedoch, das nicht der Erdanziehung unterworfen ist, wird ungestört transmittiert.

Die Beobachtungen von Reflektionen von Atomen an magnetischen Spiegeln gelangen zum ersten Mal an der Yale University 1994 unter Mitarbeit von Hartmut Abele. Die Idee zu diesem Experiment reicht bis zu dieser Zeit zurück. Trotz der Erfolge mit Atomspiegeln war es einfacher, dieses Experiment mit Spiegeln für Neutronen aufgrund der ungleich besseren Reflexionseigenschaften für Neutronen herzustellen.

Das Experiment wurde gefördert vom Bundesforschungsministerium unter der Kontrakt-Nummer 06HD953 und von INTAS (International Association for the promotion of co-operation with scientists from the New Independent States of the former Soviet Union) unter Referenz 99-00705.

Rückfragen bitte an:
Priv.-Doz. Dr. Hartmut Abele
Physikalisches Institut der Universität Heidelberg
Philosophenweg 12, 69120 Heidelberg
Tel. 06221 549214, Fax 475733
abele@physi.uni-heidelberg.de

allgemeine Rückfragen von Journalisten auch an:
Dr. Michael Schwarz
Pressesprecher der Universität Heidelberg
Tel. 06221 542310, Fax 542317
michael.schwarz@rektorat.uni-heidelberg.de

Dr. Michael Schwarz | idw

Weitere Berichte zu: Gravitationsfeld Quantenmechanik Quantenzustände Russland

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor
23.02.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Kühler Zwerg und die sieben Planeten
23.02.2017 | 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: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

27.02.2017 | Veranstaltungen

Fachtagung Rapid Prototyping 2017 – Innovationen in Entwicklung und Produktion

27.02.2017 | Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Herz-Untersuchung: Kontrastmittel sparen mit dem Mini-Teilchenbeschleuniger

27.02.2017 | Medizintechnik

Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa

27.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wenn der Schmerz keine Worte findet - Künstliche Intelligenz zur automatisierten Schmerzerkennung

27.02.2017 | Medizintechnik