Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) hat Licht in eine seit Jahrzehnten andauernde Debatte darüber gebracht, warum Galaxien sich schneller drehen als erwartet – und ob dieses Verhalten durch unsichtbare Dunkle Materie oder durch einen Zusammenbruch der Gravitation auf kosmischen Skalen verursacht wird. Unter der Leitung des AIP in Zusammenarbeit mit der University of Surrey, der University of Bath, der Nanjing University in China, der University of Porto in Portugal, der Leiden University in…
2024 präsentierte die TU Wien die erste Atomkernuhr der Welt. Nun wurde gezeigt: Die Technik lässt sich auch einsetzen, um ungelösten Fragen der fundamentalen Physik nachzugehen. Thorium-Atomkerne lassen sich für ganz spezielle Präzisions-Messungen verwenden. Das hatte man jahrzehntelang vermutet, weltweit war nach den passenden Atomkern-Zuständen gesucht worden, 2024 gelang einem Team der TU Wien mit Unterstützung internationaler Partner der entscheidende Durchbruch: Der lange diskutierte Thorium-Kernübergang wurde gefunden. Kurz darauf konnte man zeigen, dass sich Thorium tatsächlich nutzen lässt, um hochpräzise…
Die aktuelle Quantenforschung ist international vernetzt, interaktiv und kommunikativ. Jeden Tag erscheinen etwa 100 neue Publikationen zum Thema – oft von Autor*innen, die eng zusammenarbeiten. Neue Entwicklungen werden rasch aufgenommen, meist innerhalb von wenigen Wochen, und innovative Ideen werden schnell weiterentwickelt. Dies ist der Alltag in der Forschung der Quantentheorie, die dieses Jahr 100 Jahre alt geworden ist, weshalb die UNESCO 2025 zum Internationalen Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie ausgerufen hat. Doch nun hat eine internationale Forschungsgruppe um den Quantenphysiker…
Zwei Physiker der Universität Stuttgart haben bewiesen, dass das Carnot-Prinzip, ein zentrales Gesetz der Thermodynamik, nicht für Objekte in der Größenordnung von Atomen gilt, deren physikalische Eigenschaften miteinander verknüpft sind (sogenannte korrelierte Objekte). Diese Erkenntnis könnte zum Beispiel die Entwicklung winziger, energieeffizienter Quantenmotoren voranbringen. Das Wissenschaftsjournal Science Advances veröffentlichte die Herleitung. (DOI: 10.1126/sciadv.adw8462) Verbrennungsmotoren oder Dampfturbinen sind Wärmekraftmaschinen: Sie wandeln thermische Energie in mechanische Bewegung um – oder anders ausgedrückt, Wärme in Bewegung. In quantenmechanischen Experimenten ist es in den…
Schon 100 Jahre bevor die Event Horizon Telescope Collaboration 2019 das erste Bild eines Schwarzen Lochs – im Herzen der Galaxie M87 – veröffentlichte, hatte der Astronom Heber Curtis einen seltsamen Strahl entdeckt, der aus dem Zentrum der Galaxie herauszeigt. Heute ist bekannt, dass es sich um den Jet des Schwarzen Lochs M87* handelt. Solche Jets werden auch von anderen Schwarzen Löchern ausgeschickt. Theoretische Astrophysiker der Goethe-Universität haben jetzt einen numerischen Code entwickelt, mit dem sie mathematisch hoch präzise beschreiben…
Mit dem Dunkle-Materie-Detektor „XENONnT“ ist es gelungen, Messungen nahezu frei von radioaktiven Störsignalen durchzuführen. Die zugrunde liegende Technik stammt von einem Team um den Teilchenphysiker Prof. Dr. Christian Weinheimer von der Universität Münster. Bei der Suche nach Dunkler Materie nutzen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der XENON-Kollaboration einen der weltweit empfindlichsten Dunkle-Materie-Detektoren („XENONnT“). Im Gran-Sasso-Labor des Nationalen Instituts für Kernphysik (INFN) in Italien wollen sie damit extrem seltene Teilchenwechselwirkungen nachweisen. Diese könnten Aufschluss über die Natur der Dunklen Materie geben. Das Problem…
Ein Kieler Team entdeckt ein neues Phänomen in Graphen: Laserpulse kontrollieren Elektronen blitzschnell und punktgenau. Ein Kieler Forschungsteam weist einen bislang unbekannten Effekt in Graphen nach, einer atomar dünnen Kohlenstoffschicht, deren Entdeckung 2010 mit dem Nobelpreis gewürdigt wurde. Seit Jahren gilt Graphen als Hoffnungsträger für die Nanoelektronik – dank seiner außergewöhnlichen Leitfähigkeit, Flexibilität und Stabilität. Nun gehen die Ergebnisse von Forschenden vom Institut für Theoretische Physik und Astrophysik der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) einen Schritt weiter. Dr. Jan-Philip Joost und…
Ein exotisches Quantenphänomen zeigt sich unter Bedingungen, unter denen man es eigentlich nicht erwartet hätte. Die Natur kennt viele Rhythmen: Die Jahreszeiten ergeben sich durch die Bewegung der Erde um die Sonne, das Ticken einer Pendeluhr ergibt sich aus der Schwingung ihres Pendels. Diese Phänomene können durch sehr simple Gleichungen verstanden werden. Regelmäßige Rhythmen können aber auch auf völlig andere Weise entstehen – quasi von selbst, ohne Taktgeber von außen, durch das komplexe Zusammenspiel vieler Teilchen. Statt gleichmäßiger Unordnung entsteht…
Neuartiger Detektor ermöglicht tieferes Verständnis des Universums PRESSEMITTEILUNG DER JUNO-KOLLABORATION Das unterirdische Neutrinoobservatorium „Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO)“ nahe der Stadt Jiangmen in der südchinesischen Provinz Guangdong, hat die Befüllung des Neutrinodetektors mit 20.000 Tonnen Flüssigszintillator abgeschlossen und startet jetzt mit der Datennahme. Nach über zehn Jahren Bauzeit ist JUNO das erste Experiment einer neuen Generation weltweit führender Neutrino-Experimente, das nun in Betrieb gehen kann. In den vergangenen Monaten konnten erste Tests zeigen, dass die wichtigsten Leistungsmerkmale des Detektors die…
Forschende der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) haben eine neuartige Methode zur Untersuchung der inneren Struktur von Atomen entwickelt und dabei bisher unbekannte atomare Übergänge in Samarium, einem Element der Seltenen Erden, entdeckt. Ihre Ergebnisse wurden im renommierten Wissenschaftsjournal Physical Review Applied veröffentlicht. Bisher unbekannte Eigenschaften des Elements Samarium enthüllt Forschende der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) haben eine neuartige Methode zur Untersuchung der inneren Struktur von Atomen entwickelt und dabei bisher…
Forschende der Universität Jena und der Pennsylvania State University starten ein gemeinsames Projekt zur Verschmelzung von Neutronensternen und Schwarzen Löchern Wenn Schwarze Löcher und Neutronensterne aufeinanderprallen, dann bebt die Raumzeit: Die Verschmelzung dieser Himmelskörper setzt nicht nur riesige Energiemengen frei, die sich als Gravitationswellen mit Lichtgeschwindigkeit durch das Universum ausbreiten und von Gravitationswellenobservatorien wie LIGO und Virgo – und in Zukunft auch mit dem Einstein-Teleskop – erfasst werden können. Bei den Kollisionen von Neutronensternen und Schwarzen Löchern wird zudem Materie…
Forscher*innen der Goethe-Universität Frankfurt gelang erstmals die direkte Visualisierung der sogenannten quantenmechanischen Nullpunktbewegung in einem größeren Molekül. Diese Bewegung vollführen Teilchen selbst am absoluten Temperaturnullpunkt. In einem gemeinsamen Experiment mit dem Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, der Universität Hamburg, dem European XFEL und weiteren Partnern konnten sie den „ewigen Tanz“ der Atome sichtbar machen. Gelungen ist dies Dank des in Frankfurt entwickelten COLTRIMS-Reaktionsmikroskops, das die Struktur der Moleküle rekonstruieren kann. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Zeitschrift „Science“ veröffentlicht. FRANKFURT….
Aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation der Quantenphysik kommen Atome und Moleküle selbst im niedrigsten Energiezustand nie ganz zur Ruhe. Forschende am European XFEL in Schenefeld bei Hamburg haben diese Quantenbewegung nun erstmals in einem komplexen Molekül direkt messen können. Dabei mussten sie das Molekül allerdings zerbersten lassen, wie sie im Wissenschaftsmagazin Science berichten. Absoluten Stillstand gibt es nur in der klassischen Physik. In der Quantenwelt ist selbst der Grundzustand mit niedrigster Energie von andauernder Unruhe geprägt. Grund ist eine quantenphysikalische Gesetzmäßigkeit,…
Ein internationales Team von Forschenden hat in einem beachtenswerten Versuch zugleich einen Temperaturrekord gebrochen, eine langjährige Theorie widerlegt und eine neue Methode der Laserspektroskopie für dichte Plasmen eingesetzt. Ein Artikel zu dieser Arbeit ist nun in der Fachzeitschrift Nature erschienen. In ihrer Forschungsarbeit mit dem Titel „Superheating gold beyond the predicted entropy catastrophe threshold“ (Überhitzung von Gold jenseits der vorhergesagten Entropiekatastrophe) berichten die Forschenden, dass es ihnen gelungen sei, Gold auf über 19.000 Kelvin zu erhitzen – mehr als das…
Der BASE-Kollaboration am CERN in Genf ist ein Durchbruch in der Antimaterieforschung gelungen: Erstmals konnten die Forschenden ein einzelnes Antiproton fast eine Minute lang kontrolliert zwischen zwei Spin-Quantenzuständen hin- und herpendeln lassen. Zu der Kollaboration gehören zahlreiche internationale Institutionen, darunter auch die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU). Die nun in Nature veröffentlichte Studie markiert die weltweit erste Realisierung eines Quantenbits (kurz Qubits) aus Antimaterie. „Dies ist ein Meilenstein, der künftig deutlich präzisere Tests grundlegender physikalischer Symmetrien ermöglichen wird“, so HHU-Physikprofessor und BASE-Sprecher…
Forschende der Universität Hamburg und des DESY haben Hinweise auf das schwer fassbare Toponium gefunden. Mit dieser Entdeckung könnte die grundlegende Struktur aller Materie noch detaillierter entschlüsselt werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Hamburg (UHH) und des Elektronen-Synchrotrons DESY, die gemeinsam im Exzellenzcluster „Quantum Universe“ der UHH arbeiten, haben in zwei Experimenten am Teilchenbeschleuniger „Large Hadron Collider“ (LHC) des CERN Signale gefunden, die auf ein extrem seltenes Teilchen namens Toponium – einen gebundenen Zustand aus einem Top-Quark und seinem Antiteilchen…
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