Physik Astronomie

Forschungsteam aus Kiel und Berlin zeigt die Entstehung von Unordnung auf Kupferoberflächen während der Katalyse. Ein wichtiger Baustein zur Erreichung der Klimaziele ist es, Technologien zu entwickeln, mit denen sich aus CO2 synthetische Kraftstoffe und chemische Grundstoffe herstellen lassen. Mit der elektrochemischen Reduktion von CO2 an Kupferelektroden ist dies direkt mit Strom aus erneuerbaren Energien möglich, was sich für die Produktion von E-Fuels einsetzen lassen könnte. Neue Untersuchungen zeigen, dass dieser Prozess bereits in den Anfangsstadien die Anordnung der Kupferatome…

Magnetare sind die stärksten Magneten im Universum. Diese extrem dichten toten Sterne mit ultrastarken Magnetfeldern sind überall in unserer Galaxie zu finden. Wie sie entstehen, wissen die Astronominnen und Astronomen jedoch nicht genau. Jetzt haben Forschende mit Teleskopen rund um die Welt, darunter auch Einrichtungen der Europäischen Südsternwarte (ESO), einen lebenden Stern aufgespürt, der wahrscheinlich zu einem Magnetar wird. Diese Entdeckung markiert die Entdeckung eines neuen Typs von astronomischen Objekten – massereiche magnetische Heliumsterne – und gibt Aufschluss über den…

Modell erlaubt die Beschreibung von rutschenden Tropfen. Das Verhalten von Tropfen auf Oberflächen ist für eine Vielzahl von Anwendungen interessant. Eigenschaften wie Geschwindigkeit, Reibung oder Form auf schrägen Oberflächen hängen jedoch von einer Vielzahl von Parametern ab – ihr Verhalten ist bis heute nicht komplett durch Theorien vorhersagbar. Forschende um Hans-Jürgen Butt vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung haben sich dieses Problems nun angenommen und ein einfaches phänomenologisches Modell entwickelt, mit dem sie die Bahn eines Tropfens exakt vorhersagen können. Ob Tintenstrahldrucker,…

Sowohl Spaltung als auch Fusion von Atomkernen sind reale Beispiele, wie aus wenig Masse gewaltige Energiemengen hervorgehen können. Umgekehrt gelangen bisher allerdings nur wenige Experimente wie etwa die Bildung von Paaren aus Elektron und seinem Antiteilchen Positron bei der Kollision energiereicher Gamma-Lichtteilchen. Einen weiteren theoretisch möglichen Pfad für diese Paarbildung eröffnen extrem starke elektrische Felder in einem Vakuum, aus denen spontan Elektronen und Positronen hervorgehen können. Genau dieses Phänomen konnten Forschende vom HZDR und der Universität Graz nun mit aufwendigen…

Physiker der Universität Hamburg haben einen Quantenzustand beobachtet, der vor mehr als 50 Jahren von japanischen Theoretikern vorhergesagt, aber bisher nicht im Experiment nachgewiesen wurde. Durch die Konstruktion eines künstlichen Atoms auf der Oberfläche eines Supraleiters gelang es den Forschern, die Elektronen solcher „Quantenpunkte“ zu Paaren zu verbinden und damit die kleinstmögliche Version eines Supraleiters zu erzeugen. Der Artikel ist in der neuesten Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature“ erschienen. Normalerweise tendieren Elektronen, die um den Atomkern herumschwirren, dazu, sich gegenseitig aus…

Schnellere Spinwellen könnten neuartige Rechensysteme möglich machen. Durchbruch bei Forschung zu neuartigem energieeffizientem Computer. Auf der ganzen Welt wird an Alternativen zu unserer derzeitigen elektronischen Computertechnik geforscht, denn elektronenbasierte Systeme haben Grenzen. Aus dem Bereich der Magnonik, ein wissenschaftliches Feld aus der Physik, das sich mit bestimmten, magnetischen Phänomenen befasst, ergibt sich eine neue Art der Informationsübertragung: Statt des Elektronenaustauschs könnten die in magnetischen Medien erzeugten Wellen zur Übertragung genutzt werden, allerdings ist magnonbasierte Datenverarbeitung bis dato (zu) langsam. Wissenschafter*innen…

Physiker:innen verbessern Messung zur Suche nach neuer Physik. Könnte das Verhalten der Myonen-Teilchen zur Entdeckung einer verborgenen Physik führen? Im zweiten Teil des Myon g-2 Experiments gab ein internationales Team von Wissenschaftler:innen des Fermilab (Illinois, USA) ihr lang erwartetes, verbessertes Messergebnis bekannt: Auf der Suche nach einer Begründung für das verheißungsvoll ungewöhnliche Verhalten des Myon konnte die Messgenauigkeit auf das Doppelte gesteigert werden. Von der TU Dresden begleiten Prof. Dominik Stöckinger (Direktor des Instituts für Kern- und Teilchenphysik) und seine…

Maschinelles Lernen liefert maßgeschneiderte Teilchenstrahlen. Per maschinellem Lernen hat ein Forschungsteam einem kompakten Teilchenbeschleuniger beigebracht, maßgeschneiderte Strahlen für verschiedene Anwendungen zu liefern. Die Technik erweitert den denkbaren Einsatzbereich sogenannter Laser-Plasmabeschleuniger, innovativer kompakter Beschleuniger der nächsten Generation, die sich noch in der Entwicklung befinden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um DESY-Forscher Sören Jalas stellen ihre Technik im Fachblatt „Physical Review Accelerators and Beams“ vor. Teilchenbeschleuniger haben zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, von der Forschung über die Medizin bis hin zur Untersuchung von Frachtgut durch den…

An der TU Wien gelang es, ein eigentlich sehr instabiles System aus vielen Quantenteilchen stabil zu halten und dann seine Energie gezielt auf einmal freizusetzen. Es sind ganz besondere Diamanten, mit denen an der TU Wien gearbeitet wird: Ihr Kristallgitter ist nicht perfekt regelmäßig, es enthält zahlreiche Defekte. An Stellen, an denen sich in einem perfekten Diamanten zwei benachbarte Kohlenstoff-Atome befinden würden, sitzt ein Stickstoffatom, der zweite Platz bleibt frei. Mit Hilfe von Mikrowellen kann man diese Defekte zwischen zwei…

Die Temperatur der Landoberfläche ist ein wichtiger Indikator für den Klimawandel. Sie wird hauptsächlich durch Strahlung beeinflusst, Verdunstung und Luftbewegungen spielen aber ebenfalls eine Rolle. In einer neuen Studie zeigen Forschende des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), dass sich diese komplexen Vorgänge mithilfe simpler und vorhersagbarer Muster erklären lassen. Die Forschenden berichten in der Fachzeitschrift PNAS. (DOI: 10.1073/pnas.2220400120) Ein Zusammenspiel aus Erwärmung und Abkühlung bestimmt die Temperaturen der Erdoberfläche: Die Sonnenstrahlen und der…

Internationales Team baut das Herzstück des Belle II-Experiments am japanischen Forschungszentrum KEK ein. Forschende aus der ganzen Welt suchen mit dem Kooperationsprojekt Belle II am japanischen Forschungszentrum KEK nach neuen Phänomenen in der Teilchenphysik. Nun wurde ein bedeutender Meilenstein erreicht: Ein Team installierte den neuen Pixel-Detektor erfolgreich in Japan. Der Detektor von der Größe einer Getränkedose wurde entwickelt, um die Signale bestimmter Teilchenzerfälle zu erkennen. Sie sollen Aufschluss über die Herkunft des beobachteten Ungleichgewichts von Materie und Antimaterie im Universum…

Mit Hilfe modernster numerischer Simulationen hat eine Studie unter Leitung von Forschenden des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) die erste systematische Charakterisierung der Eigenschaften stellarer Winde in einer Stichprobe von kühlen Sternen vorgenommen. Sie fanden heraus, dass Sterne mit stärkeren Magnetfeldern stärkere Winde erzeugen. Diese Winde können ungünstige Bedingungen für das Überleben von Planetenatmosphären schaffen und damit die mögliche Bewohnbarkeit dieser Systeme beeinträchtigen. Die Sonne gehört zu den am häufigsten vorkommenden Sternen im Universum, die als „kühle Sterne“ bezeichnet werden….

Viele Stoffe ändern ihre Eigenschaften, wenn man sie unter eine bestimmte Temperatur abkühlt. Ein solcher Phasenübergang ereignet sich etwa beim Gefrieren von Wasser. In bestimmten Metallen treten jedoch Phasenübergänge auf, die es im Makrokosmos nicht gibt. Sie entstehen aufgrund der besonderen Gesetze der Quantenmechanik. Man nimmt an, dass bei diesen exotischen Phasenübergängen das Konzept von Elektronen als Trägern der quantisierten, elektrischen Ladung nicht länger gilt. Forschende der Universität Bonn und der ETH Zürich haben nun einen Weg gefunden, dies direkt…

Sie sind geheimnisvoll, aufregend und unheimlich anziehend: Schwarze Löcher gehören zu den mysteriösesten Objekten im Universum. Mit Gravitationswellendetektoren ist es inzwischen möglich, das Geräusch hörbar zu machen, das zwei Schwarze Löcher beim Verschmelzen erzeugen. Bisher wurden etwa 70 solcher Geräusche, sogenannte „Chirps“, aufgezeichnet. Ein Forscherteam des Heidelberger Instituts für Theoretische Studien (HITS) prognostiziert nun, dass in diesem “Stimmenmeer“ die Chirps bevorzugt in zwei bestimmten Frequenzbereichen auftreten. Die Studie wurde im Fachjournal „The Astrophysical Journal Letters“ veröffentlicht. Die Entdeckung der Gravitationswellen,…

Neues Verfahren verbessert die Protonenbeschleunigung mit Laserblitzen. Protonen mit starken Laserpulsen auf Trab bringen – dieses noch junge Konzept verspricht gegenüber herkömmlichen Beschleunigern manche Vorteile. Unter anderem scheinen deutlich kompaktere Anlagen möglich. Bisherige Prototypen, bei denen Laserblitze auf hauchdünne Metallfolien schießen, zeigen jedoch Schwächen – insbesondere bei der Häufigkeit, mit der sie Protonen beschleunigen können. Am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hat eine internationale Arbeitsgruppe eine neue Technik erprobt: Dabei fungiert gefrorener Wasserstoff als „Zielscheibe“ für die Laserblitze. Perspektivisch kann das Verfahren…

Mithilfe ultrapräziser Laserspektroskopie an einem einfachen Molekül untersuchten Physiker um Prof. Stephan Schiller Ph.D. von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) mit bisher nicht erreichter Präzision die wellenartige Schwingung von Atomkernen. Sie berichten in der Fachzeitschrift Nature Physics, dass sie damit die Wellennatur der Bewegung von Kernmaterie genauer als bisher bestätigen konnten und keine Hinweise für eine Abweichung von dem etablierten Gesetz der Wechselwirkung zwischen Atomkernen fanden. Einfache Atome sind seit fast 100 Jahren Gegenstand präziser experimenteller und theoretischer Untersuchungen. Pionierarbeiten wurden…