Forschende der Universität Basel und der Ruhr-Universität Bochum haben eine Quelle für einzelne Photonen entwickelt, die Milliarden dieser Quantenteilchen pro Sekunde produzieren kann. Mit ihrer rekordverdächtigen Effizienz stellt die Photonenquelle ein neues und leistungsfähiges Element für Quantentechnologien dar. Quantenkryptografie verspricht absolut abhörsichere Kommunikation. Eine Schlüsselkomponente sind dabei einzelne, aneinandergereihte Photonen. In den Quantenzuständen dieser Lichtteilchen lassen sich Informationen speichern und über grosse Distanzen übertragen. Künftig könnten entfernte Quantenprozessoren über einzelne Photonen miteinander kommunizieren. Und vielleicht wird der Prozessor selbst Photonen…

Die Erforschung warmer dichter Materie liefert Einblicke in das Innere von Riesenplaneten, braunen Zwergen und Neutronensternen. Dieser Materiezustand, der Eigenschaften sowohl von Festkörpern als auch von Plasmen aufweist, kommt jedoch nicht natürlich auf der Erde vor. Mit großen Röntgenstrahlexperimenten kann er in kleinem Maßstab und über kurze Zeiträume auch im Labor erzeugt werden. Zur Auswertung dieser Experimente sind Modelle von zentraler Bedeutung – ohne Formeln, Algorithmen und Simulationen ist deren Interpretation nicht möglich. Wissenschaftler*innen von CASUS am HZDR haben nun…

Quantenrechner sollen bislang nicht lösbare Problemstellungen effizient lösen können. Dazu gehören beispielsweise die Berechnung der Eigenschaften komplexer Moleküle für die Pharmaindustrie oder auch die Lösung von Optimierungsaufgaben, sei es für Herstellungsprozesse in der Automobilindustrie oder für Berechnungen aus der Finanzwelt. Im Verbundprojekt „GeQCoS“ haben sich mit Beteiligung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) Deutschlands führende Forscherinnen und Forscher auf dem Gebiet der supraleitenden Quantenschaltkreise die Entwicklung innovativer Konzepte für den Bau eines verbesserten Quantenprozessors zum Ziel gesetzt. Diese Presseinformation finden…

Die elektronische Struktur von komplexen Molekülen und ihre chemische Reaktivität können mit Hilfe der Methode der resonanten inelastischen Röntgenstreuung (RIXS) an BESSY II untersucht werden. Allerdings erfordert die Auswertung von RIXS-Daten bisher sehr lange Rechenzeiten. Ein Team an BESSY II hat nun ein neues Simulationsverfahren entwickelt, das diese Auswertung stark beschleunigt. Die Ergebnisse können sogar während des Experiments berechnet werden. Messgäste können das Verfahren wie eine Blackbox nutzen. Moleküle aus vielen Atomen sind komplexe Gebilde. Die Außenelektronen verteilen sich auf…

Seit kurzem finden Wissenschaftler in den Scheiben um junge Sterne ringförmige Strukturen, die auf Planetenbildung hindeuten. Astronomen unter der Leitung von Nicolas Kurtovic vom Max-Planck-Institut für Astronomie haben jetzt ähnliche Signale in Scheiben junger, sehr massearmer Sterne entdeckt, die wesentlich kleiner und weniger massereich sind als ihre Pendants. Obwohl diese Sterne die überwiegende Mehrheit der Sternpopulation ausmachen, beherbergen sie nur 10 % der bisher bekannten Exoplaneten. Theoretiker können bislang kein zufriedenstellendes Modell ableiten , das die Entstehung von Riesenplaneten in…

In Experimenten am schweizerischen Paul Scherrer Institut PSI hat eine internationale Forschungskollaboration den Radius des Atomkerns von Helium fünfmal präziser gemessen als je-mals zuvor. Mithilfe des neuen Werts lassen sich fundamentale physikalische Theorien testen und Naturkonstanten noch genauer bestimmen. Für ihre Messungen benötigten die Forschenden Myonen – diese Teilchen ähneln Elektronen, sind aber rund 200-mal schwerer. Das PSI ist weltweit der einzige Forschungsstandort, an dem genügend sogenannte niederenergetische Myonen für solche Experimente produziert werden. Die Forschenden veröffentlichen ihre Ergebnisse heute…

In einem neuen Verfahren vermag ein ultraschneller Plasmaschalter Teile hochfrequenter Lichtblitze zeitlich abzuschneiden. Billionenfach schneller von Licht- als von Schallwellen getragen, erinnern diese an Vogelstimmen und Grillengesänge. Dieses Verständnis eröffnet neue Möglichkeiten für die Optimierung modernster Lichtquellen und der Steuerung elementarer Bewegungen in Molekülen. [Nature Communications, 28. Januar 2021] Ultrakurze intensive Licht- bzw. Laserpulse sind ein wichtiges Instrument in der modernen Atom- und Molekülphysik. Diese erlauben nicht nur eine detaillierte Untersuchung der Struktur von atomaren und molekularen Systemen, sondern auch…

Neues Analyseverfahren für eine abstrakte und universelle Beschreibung der Genauigkeit von Quantenschaltkreisen (Gemeinsame Presseinformation mit der Universität Lettland) Die Manipulation einzelner Elektronen mit dem Ziel, Quanteneffekte nutzbar zu machen, verspricht neue Fähigkeiten und Präzision in der Elektronik. In diesen gerade durch die Gesetze der Quantenmechanik bestimmten Einzelelektronenschaltungen treten dennoch auch Fehler auf – im besten Fall nur sehr selten. Verständnis und Metrologie der Funktionsweise und die Genauigkeit dieser fundamentalen Unsicherheit sind daher für die weitergehende Entwicklung entscheidend. In Zusammenarbeit mit…

Gemeinsam entdeckten theoretische Physiker der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und Physikochemiker der Universität Oxford neue, geordnete Schichtstrukturen in sogenannten smektischen Flüssigkristallen. In der aktuellen Ausgabe von „Nature Communications“ berichten sie über teilchenaufgelöste Experimente mit mikroskopischen Stäbchen und ihre zugehörige Theorie. Physik: Veröffentlichung in Nature Communictions Flüssigkristalle besitzen – wie ihr Name nahelegt – sowohl flüssige wie auch kristalline Eigenschaften. Sie sind komplexe Materialien mit hoher Funktionalität. Aus dem Alltagsleben sind sie nicht wegzudenken, sie finden sich etwa in Flachbildschirmen. Einige Flüssigkristalle…

Das Baryon-Antibaryon-Symmetrie-Experiment (BASE) am Antiprotonen-Entschleuniger des CERN hat neue Grenzen für die Masse von Axion-ähnlichen Teilchen – hypothetischen Teilchen, die Kandidaten für dunkle Materie sind – festgelegt und eingeschränkt, wie leicht sie sich in Photonen, die Teilchen des Lichts, verwandeln können. Dies ist besonders bemerkenswert, da BASE nicht für solche Untersuchungen konzipiert wurde. Das neue Ergebnis des Experiments, veröffentlicht in Physical Review Letters, beschreibt diese bahnbrechende Methode und eröffnet neue experimentelle Möglichkeiten für die Suche nach kalter dunkler Materie. „BASE…

Wie vermisst man Objekte, die man unter gewöhnlichen Umständen gar nicht sehen kann? Universität Utrecht und TU Wien eröffnen mit speziellen Lichtwellen neue Möglichkeiten. Mit Laserstrahlen kann man präzise messen, wo sich ein Objekt befindet, oder ob es seine Position verändert. Normalerweise braucht man dafür allerdings freie, ungetrübte Sicht auf dieses Objekt – und diese Voraussetzung ist nicht immer gegeben. So möchte man etwa in der Biomedizin oft Strukturen untersuchen, die in eine unregelmäßige, komplizierte Umgebung eingebettet sind. Dort wird…

Was hält Atomkerne im Innersten zusammen? Das können Physiker*innen anhand von Präzisionsmessungen des Gewichts, der Größe und der Form von Atomkernen erkennen. Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung von Greifswalder Physikern hat nun die kurzlebigen Quecksilberisotope 207Hg und 208Hg untersucht. Dazu wurden laserspektroskopische Messungen am europäischen Forschungszentrums CERN durchgeführt. Auf Grundlage der Messungen können theoretische Vorhersagen über Kräfte und Strukturen innerhalb der Kerne überprüft werden. Die Ergebnisse sind kürzlich in der Fachzeitschrift Physical Review Letters (DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.032502) erschienen. Ähnlich wie die…

Forscher am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation zeigen, dass das Geheimnis des optimalen Mikroschwimmens in der Natur liegt: Ein effizienter Mikroschwimmer kann seine Schwimmtechniken von einem unerwarteten Mentor erlernen: einer Luftblase. Ingenieure haben in den vergangenen Jahrzehnten erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Energieeffizienz von Flugzeugen, Autos oder Schiffen zu verbessern. Ein ähnlicher Prozess fand in der Biologie statt, wo sich schwimmende Mikroorganismen über Hunderte von Millionen von Jahren auf effiziente Fortbewegung hin entwickelt haben. Viele biologische Mikroschwimmer wie das Pantoffeltierchen…

Göttinger Physiker entwickeln Methode, bei der Strahlen durch „Sandwichstruktur“ simultan erzeugt und geleitet werden. Röntgenstrahlung ist meist ungerichtet und schwer zu leiten. Röntgenphysiker der Universität Göttingen haben eine neue Methode entwickelt, mit der die Röntgenstrahlen genauer in eine Richtung abgestrahlt werden können. Dazu verwenden die Wissenschaftler eine Struktur von dünnen Schichten aus Materialien verschiedener Elektronendichte, um die erzeugten Strahlen gleichzeitig abzulenken und zu bündeln. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift Science Advances erschienen. Für die Erzeugung von Röntgenstrahlung…

Physiker des Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) haben entdeckt, dass Fallenzustände die Leistung von Organischen Photodetektoren bestimmen und letztlich deren maximale Detektivität einschränken. Diese vielversprechenden Ergebnisse wurden jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht. Organische Photodetektoren (OPDs) haben ein großes Anwendungspotential für innovative Bildgebungsverfahren, in der Gesundheitsüberwachung und der Nahinfrarot-Sensorik, denn sie werden in kleinsten, kostengünstigen, flexiblen und biokompatiblen Bauelementen verbaut. Bevor diese Anwendungen jedoch industriell produziert werden können, muss die Leistung dieser Detektoren…

Göttinger Physiker filmen Phasenübergang mit extrem hoher Auflösung Laserstrahlen können genutzt werden, um die Eigenschaften von Materialien gezielt zu verändern. Dieses Prinzip ermöglicht heute weitverbreitete Technologien wie die wiederbeschreibbare DVD. Die zugrundeliegenden Prozesse laufen allerdings häufig unvorstellbar schnell und auf so kleinen Längenskalen ab, dass sie sich nicht direkt beobachten lassen. Forschern der Universität Göttingen und des Max-Planck-Instituts (MPI) für biophysikalische Chemie in Göttingen ist es nun erstmals gelungen, die Laser-Umwandlung einer Kristallstruktur mit Nanometer-Auflösung und in Zeitlupe in einem…