Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Teilchenphysik: Roulettespiel im Mikrokosmos

23.10.2015

Physiker der Universität Bonn haben am Computer simuliert, wie es bestimmten Teilchen in einer neutronenreichen Umgebung ergeht. Dazu nutzten sie ein neuartiges Rechenverfahren – und kamen damit zu einem unerwarteten Ergebnis. An der Arbeit waren auch Forscher der TU Darmstadt und der North Carolina State University beteiligt. Die Resultate erscheinen heute in den „Physical Review Letters“.

Wenn man einen Magneten auf einen Tisch legt und einen zweiten darüber hält, erscheint dieser aufgrund der Anziehung durch den ersten Magneten schwerer, als er eigentlich ist. Durch die Wechselwirkung der beiden entsteht also scheinbar etwas Neues mit veränderten Eigenschaften.


Dr. Shahin B. Bour

Foto: Volker Lannert/Uni Bonn

Das ist ein einfaches Model für ein so genanntes Quasi-Teilchen. Verringert man nun sukzessive den Abstand der Magneten, wird die Anziehungskraft zwischen ihnen immer größer. Irgendwann ist sie so groß, dass sie die Schwerkraft überwiegt: Die beiden Magneten schnappen zusammen.

Ganz ähnlich geht es im Mikrokosmos zu. Auch kleinste Materieteilchen können miteinander in Wechselwirkung treten und dabei Quasi-Teilchen bilden. Wenn diese Wechselwirkung stark genug ist, schnappen die Teilchen ebenfalls zusammen: Sie binden aneinander.

Doch was geschieht dabei genau? Experimentell lässt sich diese Frage nur eingeschränkt beantworten. Die Wissenschaftler haben den Vorgang daher am Computer nachgestellt. In ihrer Simulation ließen sie dazu ein fremdes Teilchen – eine Verunreinigung – in einen „See“ von Neutronen eintauchen. Dabei variierten sie, wie stark das Teilchen mit den Neutronen wechselwirkte.

Widerspruch zur Theorie

Bei einer schwachen Wechselwirkung würde man lediglich erwarten, dass das fremde Teilchen die Neutronen etwas zu sich herüberzieht und so ein Quasi-Teilchen mit größerer Masse entsteht. Bei einer starken Wechselwirkung sollte das Teilchen dagegen mit einem Neutron eine Bindung eingehen – genauso, wie zwei Magneten zusammenschnappen.

„Wir haben erwartet, dass es einen scharfen Übergang gibt: Wird ein Grenzwert für die Stärke der Wechselwirkung überschritten, kommt es zur Bindung“, erklärt Dr. Shahin B. Bour vom Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn. „Stattdessen haben wir festgestellt, dass dieser Übergang fließend ist: Je stärker das Teilchen mit dem Neutron wechselwirkt, desto stärker wird die Bindung zwischen ihnen.“ Dieses Verhalten widerspricht theoretischen Vorhersagen, die einen plötzlichen Übergang prognostizieren.

Die Wissenschaftler mussten für ihre Studie eigens ein neues Modellierungsverfahren entwickeln. Es fußt auf einem Algorithmus, der nicht zu Unrecht den Namen „Monte-Carlo-Simulation“ trägt. Wer seine Chancen beim Roulettespiel abschätzen möchte, kann einige Tage dem Croupier über die Schulter schauen und sich notieren, wie die Kugel fällt. Er kann das Roulettespiel jedoch auch im Computer nachbilden und dort eine virtuelle Kugel auf die Reise über die Drehscheibe schicken. Und das im Prinzip viele hunderttausend Mal.

Beim Roulette ist diese Vorgehensweise eigentlich nicht nötig. Die Gewinnchancen lassen sich schließlich ziemlich einfach berechnen – es bedarf dazu keiner Computersimulation. Wer aber beispielsweise wissen möchte, wie ein Regentropfen fällt – ob er durch die Kollision mit anderen Tropfen wächst oder schrumpft, ob er als Schneeflocke oder Hagelkorn auf dem Boden auftrifft –, der kommt um Monte-Carlo-Simulationen kaum herum.

Was passiert in Neutronensternen?

Die Fragestellung, die die Wissenschaftler mit ihrer Simulation beantworten, ist keineswegs nur von akademischem Interesse. „Ganz ähnliche Prozesse spielen sich beispielsweise in Neutronensternen ab“, betont Dr. Bour. „Wir wollen unsere Methode nutzen, um diese Vorgänge zu simulieren. So können wir genauer verstehen, was über unseren Köpfen passiert.“

Publikation: Shahin Bour, Dean Lee, H.-W. Hammer, und Ulf-G. Meißner: Ab initio lattice results for Fermi polarons in two dimensions; Physical Review Letters, Internet: http://arxiv.org/abs/1412.8175)

Kontakt für die Medien:

Dr. Shahin B. Bour
Helmholtz-Institut für
Strahlen- und Kernphysik
der Universität Bonn
Tel. 0228/733312
E-Mail: bour@hiskp.uni-bonn.de

Weitere Informationen:

http://arxiv.org/abs/1412.8175

Dr. Andreas Archut | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala
20.04.2018 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Licht macht Ionen Beine
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

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: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics