Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantenlego: Materie aus einzelnen Atomen gebastelt

26.02.2015

Heidelberger Physiker haben aus nur zwei Atomen den fundamentalen Baustein eines Vielteilchensystems realisiert

Die Bewegungen mehrerer, miteinander wechselwirkender Körper zu verstehen, gehört zu den zentralen Forschungsfragen in der Physik. Während zunächst das Verständnis der Bahnen von Himmelskörpern im Vordergrund stand, hat diese Fragestellung in quantenmechanischen Vielteilchensystemen, beispielsweise bei der Beschreibung von Elektronen in einem Festkörper, seine moderne Entsprechung gefunden.

Physikern der Universität Heidelberg ist nun der erste Schritt auf einem neuen Weg zur Klärung solcher Zusammenhänge gelungen. In ihrem Experiment mit ultrakalten Lithiumatomen erzeugte die Gruppe um Prof. Dr. Selim Jochim vom Physikalischen Institut einen fundamentalen Baustein, der in Zukunft als Grundlage für die Untersuchung von Vielteilchensystemen dienen soll. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht und mit einer „Editor‘s Suggestion“ ausgezeichnet.

Die Heidelberger Wissenschaftler bedienten sich hierbei einer, wie sie betonen, weltweit einzigartigen Methode, mit der sie kontrolliert Systeme aus wenigen Atomen in einer sogenannten optischen Falle erzeugen können. In den nun veröffentlichten Experimenten fügten die Physiker diesem System noch eine weitere solche Falle hinzu und erlaubten den Atomen, zwischen diesen beiden „Töpfen“ hin und her zu tunneln.

Bei der Untersuchung zweier Atome konnten dabei konkurrierende Effekte zwischen der Bewegung der Atome und ihrer gegenseitigen Wechselwirkung beobachtet werden. Ziehen sich die Atome an, so bilden sie bevorzugt ein Paar, wohingegen Abstoßung dazu führt, dass jedes der Atome sich in einem eigenen Topf befindet.

Dieser hohe Grad an Kontrolle über ein System aus zwei Atomen stimmt die Wissenschaftler optimistisch, in Zukunft auch größere Systeme aus mehr Töpfen und Atomen präparieren zu können. „Uns ist es jetzt gelungen, gewissermaßen einen ersten Lego-Stein zu produzieren, auf den künftig weitere Bausteine aufgesteckt werden können, um ein Vielteilchensystem zu erzeugen“, erklärt Simon Murmann, einer der Doktoranden in der Arbeitsgruppe. „Das Außergewöhnliche daran ist die in den aktuellen Experimenten demonstrierte Einstellbarkeit des Tunnelns und der Wechselwirkung der Atome, die erhebliche Konsequenzen für die Eigenschaften des Vielteilchensystems haben wird“, ergänzt Selim Jochim.

Von besonderem Interesse sind diese Arbeiten, da die an Atomen beobachtete Dynamik vergleichbar ist mit dem Verhalten von Elektronen, die in einem Festkörper von einem Gitterplatz zum nächsten tunneln. So gelang es den Wissenschaftlern, ihr System mithilfe eines Modells zu beschreiben, das ursprünglich für die Leitfähigkeit elektronischer Systeme entwickelt worden war.

Diese Vorgehensweise, quantenmechanische Modelle durch experimentell kontrollierbare Systeme nachzustellen, ist als „Quantensimulation“ bekannt und gilt als Schlüssel zur Lösung von quantenmechanischen Vielteilchenproblemen. Die größte Herausforderung sehen die Heidelberger Physiker darin, auch in großen Systemen jederzeit die Kontrolle über alle Atome zu behalten, um schließlich exakte Messungen durchführen zu können. Mit diesen hoffen die Wissenschaftler zum Verständnis noch ungeklärter Effekte, wie beispielsweise der Hochtemperatursupraleitung, beitragen zu können.

Originalveröffentlichung:
S. Murmann, A. Bergschneider, V. M. Klinkhamer, G. Zürn, T. Lompe, S. Jochim: Two Fermions in a Double Well: Exploring a Fundamental Building Block of the Hubbard Model,
doi: 10.1103/PhysRevLett.114.08040

Kontakt:
Prof. Dr. Selim Jochim
Physikalisches Institut
Tel. +49 6221 54-19472
selim@physi.uni-heidelberg.de

Kommunikation und Marketing
Pressestelle
Tel. +49 6221 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Weitere Informationen:

http://www.lithium6.de/?q=user/2

Marietta Fuhrmann-Koch | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-heidelberg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT
18.07.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung
17.07.2018 | Österreichische Akademie der Wissenschaften

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: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

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

Vernetzte Beleuchtung: Weg mit dem blinden Fleck

18.07.2018 | Energie und Elektrotechnik

BIAS erhält Bremens größten 3D-Drucker für metallische Luffahrtkomponenten

18.07.2018 | Verfahrenstechnologie

Verminderte Hirnleistung bei schwachem Herz

18.07.2018 | Medizin Gesundheit

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