Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bonner Forscher bauen eine ultrakleine Quanten-Ratsche

27.11.2009
Manche kennen sie von Gewerkschaftskundgebungen, andere aus dem Spielzeugladen: Die klinkenförmigen Ratschen, die - hin- und hergeschwenkt - ein schnarrendes Geräusch von sich geben.

Physiker der Universität Bonn haben nun eine Art "Mini-Ratsche" hergestellt, die vollständig quantenmechanisch funktioniert. Die Ergebnisse des Experiments erscheinen am kommenden Freitag im Wissenschafts-Magazin Science. Sie dokumentieren, wie bei der Herstellung winziger Maschinen die Gesetze der Quantenmechanik zu wirken beginnen.

Ratschen sind Maschinen, die aus einer zufälligen Rüttelbewegung eine gerichtete Bewegung erzeugen. In klassischen Spielzeugratschen ist dazu eine mechanische Rücklaufsperre eingebaut. Sie sorgt einerseits dafür, dass sich beim Hin- und Herschwenken der Kopf des Geräts nur in eine Richtung dreht. Gleichzeitig erzeugt sie dabei das charakteristische Schnarren, das man von Demos oder Kundgebungen kennt.

Die Physiker vom Bonner Institut für Angewandte Physik haben nun eine extrem kleine Ratsche konstruiert, die vollständig quantenmechanisch funktioniert. Sie erbrachten damit erstmals den Beweis, dass die Konstruktion einer solchen reibungsfreien Quantenratsche überhaupt möglich ist. Erste theoretische Überlegungen, dass so etwas funktionieren müsste, wurden bereits vor zehn Jahren angestellt.

Wellpappe aus Licht

Die Bonner Physiker stellten für ihr Experiment zunächst ein so genanntes Bose-Einstein-Kondensat her. Darunter verstehen Physiker große Klumpen von Atomen, die sich alle im selben quantenphysikalischen Zustand befinden. "Unser Bose-Einstein-Kondensat bestand aus rund 100.000 Rubidium-Atomen", erklärt der Bonner Physiker Professor Dr. Martin Weitz.

Nun luden die Forscher das Atom-Agglomerat auf eine Art "Wellpappe" aus Licht. Die Wellen auf dieser Pappe waren nicht symmetrisch, sondern sägezahnförmig verzerrt: Die linke Flanke war stets steiler als die rechte. Über eine derartige räumliche Asymmetrie sorgt beispielsweise auch die Sperrfeder in einer Spielzeugratsche dafür, dass diese sich nur in eine Richtung dreht.

Die Bonner Physiker rüttelten nun gewissermaßen an ihrer Wellpappe, und das in die eine Richtung stets ein wenig schneller als in die andere. "Zur räumlichen Asymmetrie der Wellpappe trat so die zeitliche der Rüttelbewegung", erklärt Weitz. "Unter diesen Bedingungen setzte sich unser Rubidium-Haufen in Bewegung. Anders als bei einer Spielzeugratsche waren aber nicht die Reibungkräfte für diese Bewegung verantwortlich, sondern einzig und allein quantenmechanische Effekte."

Das Bonner Experiment beweist erstmals, dass dieses theoretisch vorhergesagte Phänomen auch tatsächlich auftritt. "In ferner Zukunft gewinnt unsere Beobachtung aber vielleicht auch praktische Bedeutung", betont Weitz. "Sie zeigt nämlich, dass bei der Konstruktion von atomaren Motoren quantenmechanische Effekte auftreten können, die wir aus unserer makroskopischen Welt nicht kennen."

Kontakt:
Prof. Dr. Martin Weitz
Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-4837 oder -4836
E-Mail: Martin.Weitz@uni-bonn.de

Frank Luerweg | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

nachricht Quantenreibung: Jenseits der Näherung des lokalen Gleichgewichts
01.12.2016 | Forschungsverbund Berlin e.V.

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: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

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

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie