Physik Astronomie

Wissenschaftler der Universitäten Rostock und Birmingham haben eine bahnbrechende Entdeckung gemacht, die das Verständnis von Licht und Zeit revolutionieren kann. Es handelt sich dabei um „Lichtblitze“, die scheinbar aus dem Nichts entstehen und ebenso schnell wieder verschwinden – ein Phänomen, das auf den ersten Blick magisch erscheint, jedoch tief in mathematischen Prinzipien verwurzelt ist, die es vor äußeren Störungen schützen. Die Forschungsergebnisse wurden nun in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Photonics“ veröffentlicht. Zeit ist die seltsame Dimension: Im Gegensatz zu ihren…

Hochgeladene schwere Ionen bilden ein sehr geeignetes Experimentierfeld für die Untersuchung der Quantenelektrodynamik (QED), der am besten geprüften Theorie der Physik, welche alle elektrischen und magnetischen Wechselwirkungen von Licht und Materie beschreibt. Eine zentrale Eigenschaft des Elektrons im Rahmen der QED ist der so genannte g-Faktor, der genau charakterisiert, wie sich das Teilchen in einem Magnetfeld verhält. Kürzlich hat die ALPHATRAP-Gruppe um Sven Sturm in der Abteilung von Klaus Blaum am Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg den g-Faktor von…

Das Standardmodell der Teilchenphysik liefert die bisher beste Beschreibung der Kräfte und Teilchen, aus denen sich unsere Welt zusammensetzt. In diesem Modell werden alle Vorgänge durch wechselwirkende Felder beschrieben, die den gesamten Raum durchsetzen. Man spricht von einer Quantenfeldtheorie, in der quantenmechanische Teilchen und Kräfte als Anregungen des Feldes auftreten. Die Studie solcher Feldtheorien stützt sich nicht nur auf Teilchenbeschleuniger, sondern insbesondere auf komplexe Computersimulationen. In vielen Fällen übersteigen die notwendigen quantenmechanischen Berechnungen jedoch die Möglichkeiten unserer besten Supercomputer. So…

Diamanten mit spezifischen Defekten können als hochempfindliche Sensoren oder Qubits für Quantencomputer genutzt werden. Die Quanteninformation wird dabei im Elektronenspin-Zustand der Defekte gespeichert. Allerdings müssen die Spin-Zustände bislang optisch ausgelesen werden, was extrem aufwändig ist. Nun hat ein Team am HZB eine elegantere Methode entwickelt, um die Quanteninformation über eine Photospannung auszulesen. Dies könnte ein deutlich kompakteres Design von Quantensensoren ermöglichen. Defekte in Festkörpern sind zwar manchmal unerwünscht, können aber auch für wunderbare, neue Talente sorgen, zum Beispiel bei Diamanten:…

Das internationale KArlsruhe TRItium Neutrino Experiment (KATRIN) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat erneut Maßstäbe gesetzt: Aus den aktuellen Daten lässt sich eine Obergrenze von 0,45 Elektronenvolt/c2 (entspricht 8 x 10E-37 Kilogramm) für die Masse des Neutrinos ableiten. Damit stellt KATRIN, das die Neutrinomasse mit einer modellunabhängigen Methode im Labor vermisst, erneut einen Weltrekord auf. Die Ergebnisse haben die Forschenden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht (DOI: 10.1126/science.adq9592). Neutrinos gehören zu den rätselhaftesten Teilchen des Universums. Sie sind allgegenwärtig, reagieren…

Material in den Weltraum zu bringen, ist sehr teuer – ein Kilogramm zum Mond zu transportieren, kostet eine Million Euro. Da liegt es nahe, die vor Ort vorhandenen Ressourcen zu nutzen. Zu diesem Zweck kombinierte ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Felix Lang, Universität Potsdam, und Dr. Stefan Linke, Technische Universität Berlin, Mondregolith mit ultradünnem Perowskit, um effiziente Mond-Solarzellen herzustellen. Der vielversprechende hybride Ansatz könnte die einfache, skalierbare Fertigung von Solarzellen auf dem Mond ermöglichen, um zukünftige Mond-Habitate oder…

Physiker*innen der TU Dortmund haben einen Zeitkristall periodisch angetrieben und dabei eine bemerkenswerte Vielfalt nichtlinear dynamischer Phänomene entdeckt. Diese reichen von perfekter Synchronisation bis hin zu chaotischem Verhalten innerhalb einer einzigen Halbleiterstruktur. Die neuartigen Erkenntnisse hat das Team nun in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Für die aktuelle Arbeit nutzte das Team um Dr. Alex Greilich von der Fakultät Physik einen ultrarobusten Zeitkristall, den die Arbeitsgruppe bereits im vergangenen Jahr in der Fachzeitschrift Nature Physics vorgestellt hatte. Der Kristall…

Forschende der Universität Würzburg haben ein Headset entwickelt, mit dem Astronautinnen und Astronauten verschiedener Einsätze trainieren können. Nun wurde es im Europäischen Astronautenzentrum in Köln getestet. Sei es für Reparaturen, den Austausch von Sensoren oder die Montage neuer Ausrüstung: Außenbordeinsätze an Weltraumstationen verlangen ein umfassendes Training der Besatzung. Geübt wird, um die Schwerelosigkeit des Weltalls zu simulieren, häufig in riesigen Wassertanks. Darin eingelassen sind Nachbauten von Shuttles und Raumstationen in Originalgröße. Das Problem: Solche Tanks sind äußerst kostspielig und existieren…

Ein internationales Forscherteam hat mithilfe von Multi-Wellenlängen-Beobachtungen aktiver galaktischer Kerne untersucht, wie Schwarze Löcher relativistische Jets starten. Sechzehn Objekte wurden mit dem EHT während der ersten Messkampagne im Jahr 2017 beobachtet. Die extreme Auflösung des Teleskops ermöglichte es, die Jets näher als je zuvor an den zentralen supermassereichn Schwarzen Löchern dieser Galaxien zu untersuchen. Das Team untersuchte die Beschleunigung und Magnetisierung der Jets durch den Vergleich von Ergebnissen, die bei verschiedenen Frequenzen und Winkelauflösungen gewonnen wurden. Die Arbeit wurde von…

Zwei verschiedene Forschungsgruppen haben in der am weitesten entfernten bekannten Galaxie, JADES-GS-z14-0, Sauerstoff nachgewiesen. Wie in zwei separaten Studien berichtet wurde, gelang diese Entdeckung dank des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an dem die Europäische Südsternwarte (ESO) beteiligt ist. Dieser rekordverdächtige Nachweis lässt Astronomen neu darüber nachdenken, wie schnell sich Galaxien im frühen Universum gebildet haben. JADES-GS-z14-0 wurde letztes Jahr entdeckt und gilt als die am weitesten entfernte bestätigte Galaxie, die jemals gefunden wurde: Sie ist so weit entfernt, dass…

Das Einstein-Teleskop soll ab 2035 Gravitationswellen in einer bisher ungekannten Genauigkeit erforschen. Forschende aus Jena haben für das Teleskop hochempfindliche Sensoren erstmals komplett aus Glas hergestellt. Gravitationswellen sind Verzerrungen der Raumzeit, die durch extreme astrophysikalische Ereignisse, wie den Zusammenstoß von Schwarzen Löchern, verursacht werden. Diese Wellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und tragen wertvolle Informationen über solche Ereignisse durch das Universum. Das Einstein-Teleskop soll diese Wellen in Zukunft mit beispielloser Präzision messen und damit ein weltweit führendes Messinstrument zum Nachweis…

Eine spektroskopische Methode, um die extrem schnellen Bewegungen von Elektronen in Festkörpern zu untersuchen, lässt sich dank einer neuen Erweiterung nun deutlich einfacher einsetzen als bisher. Forschende der Universität Oldenburg stellen das neue Verfahren in der Zeitschrift Optica vor. Das Team erhofft sich, dass die mehrdimensionale elektronische Spektroskopie von einer Methodik für Experten zu einem vielfältig einsetzbaren Werkzeug wird. Die extrem schnellen Bewegungen und Wechselwirkungen von Elektronen in Molekülen und Festkörpern blieben direkten Beobachtungen lange verborgen. Seit einiger Zeit lassen…

Durch die Nutzbarmachung von Kommunikationssignalen für die Positionsbestimmung und Erdschwerefeldberechnung lassen sich nun auch Wetterphänomene in Echtzeit beobachten. Verwertbare Daten gehören zu den wertvollsten Arbeitshilfen, die Wissenschafter*innen haben können. Je mehr Datenquellen sie haben, desto besser können sie Aussagen zu ihrem Forschungsthema treffen. Für Forschende im Bereich der Navigation und Satellitengeodäsie war es lange Zeit bedauerlich, dass im Orbit zwar Megakonstellationen mit tausenden Satelliten für Kommunikationszwecke kreisen, sie deren Signale aber nicht für die Positionsbestimmung oder Erdbeobachtung nutzen konnten. Das…

Vor einem Jahr wurde der Würzburger Uni-Satellit SONATE-2 in den Orbit geschossen. Nun hat er alle Missionsziele erreicht – unter anderem gelang es, im Orbit eine Künstliche Intelligenz direkt an Bord zu trainieren. Wie es mit dem Satelliten jetzt weitergeht. Am 4. März 2024 startete SONATE-2, ein Kleinsatellit der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU), mit einer Rakete in den Weltraum. Das Team von Hakan Kayal, Leiter der Professur für Raumfahrttechnik, hatte den etwa schuhkartongroßen Satelliten in dreijähriger Arbeit entwickelt und gebaut. Schon…

Proteine spielen eine Schlüsselrolle in den Lebenswissenschaften – von der Grundlagenforschung über biotechnologische Anwendungen bis hin zur Entwicklung und Herstellung von Medikamenten. Wissenschaftler der Technische Universität München (TUM) haben ein Verfahren entwickelt, bei dem sie auf Physik statt wie bisher üblich auf Chemie setzen, um die hierfür benötigten Proteine zu erhalten. Mit kurzwelligem, für Menschen unsichtbarem UV-Licht ist es ihnen gelungen, Proteine aus Zellextrakten oder Kulturen zu reinigen. Dieses Verfahren ist effizienter und schonender als bisherige Methoden. Wer molekularbiologisch oder…

Wie kommt es zum Abrieb von Autoreifen? Der Jülicher Physiker Bo Persson hat untersucht, unter welchen Bedingungen Gummireifen auf Asphaltstraßen verschleißen. Die Studie, die die Reifenabnutzung sowohl theoretisch als auch experimentell untersucht, wurde letzte Woche im renommierten Fachjournal The Journal of Chemical Physics veröffentlicht. Mehr als hunderttausend Tonnen Mikroplastik entstehen jedes Jahr in Deutschland allein durch Reifenabrieb von Autos – mit Abstand die größte Quelle der winzigen Plastikpartikel, die Umwelt und Menschen schaden. Mit dem Umstieg auf Elektromobilität könnte dies…