Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Geordnetes Chaos bei Atomen

25.03.2013
Ob Schneeflocken an der Fensterscheibe, unser Erbgut in den Zellen oder Galaxiehaufen im Weltraum – alle natürlichen Systeme und Prozesse streben nach einer Ordnung, denn ohne diese Selbstorganisation wäre etwa das Leben auf der Erde nicht möglich.

Doch was passiert, wenn man diese Ordnung in einen ungeordneten Zustand überführt?

Mit dieser Frage hat sich das Team um Professorin Giovanna Morigi und Professor Heiko Rieger von der Theoretischen Physik der Saar-Uni zusammen mit Forschern der Universitat Autonoma in Barcelona beschäftigt. Die Physiker haben untersucht, wie sich Atome verhalten, wenn sie von einem geordneten Zustand in einen ungeordneten überführt werden.

In einem Kristall sind Atome in einem Gitter gleichförmig angeordnet. Trifft nun in einem Experiment zum Beispiel Röntgenstrahlung auf den Kristall, passiert Folgendes: Ein Teil der Röntgenstrahlen kann die Kristallstruktur ungehindert passieren. Der andere Teil trifft auf die Atome, die wiederum selber Strahlen abgeben. Diese Lichtwellen überlagern sich und es kommt zur sogenannten Interferenz, das heißt, die Amplituden der Wellen werden entweder verstärkt oder abgeschwächt. In der Folge verlassen die Strahlen den Kristall in einem anderen Winkel als das eingestrahlte Licht. Auf einer Röntgenaufnahme würde dies in einem charakteristischen „Strahlen-Muster“ deutlich. Dieses Phänomen, die Bragg-Streuung, ist schon lange bekannt und wird genutzt, um Kristallstrukturen zu analysieren.

Auch die Physiker der Saar-Uni nutzen dieses Naturgesetz für ihre theoretische Studie, in der sie die Selbstorganisation von Atomen untersucht haben. Sie wollten wissen, wie man einen geordneten Zustand in einen ungeordneten, aber organisierten Zustand bringen kann. Für ihr Experiment haben sie Atome betrachtet, die ähnlich wie in einem Kristallgitter, in einer Art Käfig angeordnet sind.

„Das muss man sich so vorstellen, dass die einzelnen Atome ähnlich wie Eier in einem Eierkarton liegen“, erklärt Giovanna Morigi, Professorin für Theoretische Physik. „Der Abstand zwischen den Atomen ist hierbei größer als in einem Gitter.“ Im Versuch werden die Atome nun mit einer Lichtquelle bestrahlt. Sobald ein Lichtstrahl auf ein Atom trifft, emittiert dieses ein Lichtteilchen (ein Photon). Bis hierher würde alles nach den normalen Gesetzen der klassischen Optik verlaufen. In diesem Versuchsaufbau werden die Lichtteilchen, die aus dem Käfig herauskommen, allerdings durch zwei Spiegel reflektiert.

Auf diese Weise werden die Atome immer wieder von Lichtteilchen getroffen. Es kommt also zu einer positiven Rückkopplung und immer mehr Photonen werden von den Atomen freigesetzt. Dies führt schließlich dazu, dass die Atome ihre Position im Käfig verändern. „Diese Rückkopplungsschleife kann so zu interessanten Phänomenen der Selbstorganisation führen“, kommentiert Physik-Professor Heiko Rieger die Ergebnisse.

„Unsere Studie ist ein Beispiel für die Selbstorganisation von Quantensystemen, die stabil gegenüber Störungen und Verlusten sind.“ Das Verständnis solcher stabilen Quantensysteme, das sie Physiker der Saar-Uni mit ihren Modellen zu erlangen suchen, ist die Grundlage zur Realisierung von Quantentechnologien, für die eine Robustheit gegenüber störenden Einflüssen der Umgebung eine unabdingbare Voraussetzung sind. Solche Technologien umfassen nicht zuletzt Quantencomputer.

Die Ergebnisse der Studie wurden im renommierten Journal American Physical Review Letters veröffentlicht: DOI 10.1103/PhysRevLett.110.075304

Fragen beantworten:

Prof. Dr. Giovanna Morigi
Theoretische Physik
Tel.: 0681 302-57472
E-Mail: Giovanna.Morigi(at)physik.uni-saarland.de

Prof. Dr. Heiko Rieger
Theoretische Physik
Tel.: 0681 302-3969
E-Mail: h.rieger(at)mx.uni-saarland.de

Hinweis für Hörfunk-Journalisten: Sie können Telefoninterviews in Studioqualität mit Wissenschaftlern der Universität des Saarlandes führen, über Rundfunk-Codec (IP-Verbindung mit Direktanwahl oder über ARD-Sternpunkt 106813020001). Interviewwünsche bitte an die Pressestelle (0681/302-3610) richten.

Melanie Löw | Universität des Saarlandes
Weitere Informationen:
http://www.uni-saarland.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Leibniz-IWT an Raumfahrtmission beteiligt: Bremer unterstützen Experimente im All
14.08.2018 | Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien

nachricht Intensive Laser-Cluster Wechselwirkungen führen zu niedrigenergetischer Elektronenemission
09.08.2018 | 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: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Im Focus: Neue interaktive Software: Maschinelles Lernen macht Autodesigns aerodynamischer

Neue Software verwendet erstmals maschinelles Lernen um Strömungsfelder um interaktiv designbare 3D-Objekte zu berechnen. Methode wird auf der renommierten SIGGRAPH-Konferenz vorgestellt

Wollen Ingenieure oder Designer die aerodynamischen Eigenschaften eines neu gestalteten Autos, eines Flugzeugs oder anderer Objekte testen, lassen sie den...

Im Focus: New interactive machine learning tool makes car designs more aerodynamic

Scientists develop first tool to use machine learning methods to compute flow around interactively designable 3D objects. Tool will be presented at this year’s prestigious SIGGRAPH conference.

When engineers or designers want to test the aerodynamic properties of the newly designed shape of a car, airplane, or other object, they would normally model...

Im Focus: Der Roboter als „Tankwart“: TU Graz entwickelt robotergesteuertes Schnellladesystem für E-Fahrzeuge

Eine Weltneuheit präsentieren Forschende der TU Graz gemeinsam mit Industriepartnern: Den Prototypen eines robotergesteuerten CCS-Schnellladesystems für Elektrofahrzeuge, das erstmals auch das serielle Laden von Fahrzeugen in unterschiedlichen Parkpositionen ermöglicht.

Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden weltweit hohe Wachstumsraten prognostiziert: 2025, so die Prognosen, wird es jährlich bereits 25 Millionen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Das Architekturmodell in Zeiten der Digitalen Transformation

14.08.2018 | Veranstaltungen

EEA-ESEM Konferenz findet an der Uni Köln statt

13.08.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung in der chemischen Industrie

09.08.2018 | Veranstaltungen

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

Macht Sinn: Fraunhofer entwickelt Sensorsystem für KMU

15.08.2018 | Energie und Elektrotechnik

Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

15.08.2018 | Informationstechnologie

FKIE-Wissenschaftler präsentiert neuen Ansatz zur Detektion von Malware-Daten in Bilddateien

15.08.2018 | Informationstechnologie

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