… durch Elektronenverschiebung in Quantenstrukturen. Zeitabhängige elektrische Ströme senden elektromagnetische Wellen aus – dieser elementare physikalische Vorgang ist die Grundlage der drahtlosen Telekommunikation. Die Übertragung dieses Effekts auf die ultrakurzen Längen- und Zeitskalen der Quantenwelt ermöglicht die Erzeugung intensiver Terahertz (THz)-Impulse in asymmetrischen Halbleiter-Quantenstrukturen. Die Impulse besitzen eine Dauer von ca. 1 ps mit einer einzigen Schwingung des elektrischen Feldes. Ihre zeitliche Form kann über den nichtlinearen Erzeugungsmechanismus maßgeschneidert werden. THz-Wellen sind ein wichtiges analytisches Werkzeug in Forschung und Technologie,…
Fusionsprozesse lassen sich durch gepulste elektrische Felder anstoßen. Gepulste elektrische Felder, die zum Beispiel durch Blitzeinschläge verursacht werden, machen sich als Spannungsspitzen bemerkbar und stellen eine zerstörerische Gefahr für elektronische Bauteile dar. Sie richten beträchtlichen Schaden an. Ein Team vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hat jetzt herausgefunden, dass solche Spannungsspitzen durchaus nützliche Eigenschaften haben können. In der Fachzeitschrift Physical Review Research (DOI: 10.1103/PhysRevResearch.3.033153) berichten die Wissenschaftler, wie sich zum Beispiel Kernfusionsprozesse durch extrem starke und schnelle gepulste elektrische Felder deutlich verstärken…
In Nature berichtet die BASE-Kollaboration am CERN über den weltweit genauesten Vergleich zwischen Protonen und Antiprotonen: Die Verhältnisse von Ladung zu Masse von Antiprotonen und Protonen sind auf elf Stellen identisch. Diese neue Messung verbessert die Genauigkeit des bisher besten Werts um mehr als einen Faktor vier. Der über einen Zeitraum von eineinhalb Jahren gesammelte Datensatz ermöglicht außerdem einen strengen Test des schwachen Äquivalenzprinzips, das besagt, dass sich Materie und Antimaterie unter Schwerkraft gleich verhalten. Symmetrie und Schönheit sind eng…
ESO veröffentlicht neues Bild des Flammennebels. Auf diesem neuen Bild der Europäischen Südsternwarte (ESO) bietet der Orion ein spektakuläres Feuerwerk zur Einstimmung auf die Festtage und das neue Jahr. Aber keine Sorge, dieses berühmte Sternbild explodiert weder noch brennt es. Das „Feuer“, das Sie auf dieser Weihnachtspostkarte sehen, ist der Flammennebel des Orion und seine Umgebung. Dieses Bild im Licht der Radiowellen macht dem Namen des Nebels zweifelsohne alle Ehre! Es wurde mit dem von der ESO betriebenen Atacama Pathfinder…
Veröffentlichung in Nature Reviews Physics. Ein internationales Team von namhaften Wissenschaftlern um den Paderborner Physiker Prof. Dr. Klaus Jöns hat einen umfassenden Überblick über das Potenzial, die globalen Perspektiven und die Hintergründe sowie Grenzen der integrierten Photonik zusammengestellt. Das Paper – eine Roadmap für integrierte photonische Schaltkreise für Quantentechnologien – wurde nun vom renommierten Fachjournal Nature Reviews Physics veröffentlicht. Die Übersichtsarbeit erläutert zugrundeliegende Technologien, stellt aktuelle Forschungsstände und zukünftige Anwendungsmöglichkeiten dar. „Die photonischen Quantentechnologien haben in den vergangenen 20 Jahren…
Eine Forschungskooperation mit Beteiligung der Universität Konstanz kann mit neuer Spektroskopie-Methode optisch bislang nicht unterscheidbare Spin-Zustände auslesen. Der Wechsel zwischen Singulett- und Triplett-Zustand von Elektronenpaaren in ladungsgetrennten Zuständen spielt in der Natur eine wichtige Rolle. Vermutlich kann auch der Kompass von Zugvögeln mit dem Einfluss des Erdmagnetfeldes auf das magnetische Wechselspiel zwischen diesen beiden Spin-Zuständen erklärt werden. Dieser Quantenprozess war bislang optisch nicht direkt verfolgbar und konnte im Endprodukt nur summarisch ausgewertet werden. Eine Forschungskooperation mit Prof. Dr. Ulrich Steiner…
Flüssigmetall-Experiment gewährt Einblick in den Heizmechanismus der Sonnenkorona. Warum die Sonnenkorona Temperaturen von mehreren Millionen Grad Celsius erreicht, ist eines der großen Rätsel der Sonnenphysik. Eine „heiße“ Spur zur Erklärung dieses Effekts führt in einen Bereich der Sonnenatmosphäre, der direkt unterhalb der Korona liegt und in dem sich Schall- und bestimmte Plasmawellen gleich schnell bewegen. In einem Experiment mit dem geschmolzenen Alkalimetall Rubidium und gepulsten hohen Magnetfeldern hat ein Team des HZDR ein Labormodell entwickelt und das theoretisch vorhergesagte Verhalten…
Quantenmechanisch verschränkte Lichtteilchen überwinden die Grenzen der klassischen Optik und erlauben Einblicke in bislang unsichtbare Wellenlängenbereiche. Damit bieten sie neue Möglichkeiten für Bildgebungsverfahren, Mikroskopie und Spektroskopie. Diese zu eruieren und technologische Lösungen zu erarbeiten, war Ziel des Fraunhofer-Leitprojekts QUILT. Die Ergebnisse aus dem Projekt liegen nun vor. Licht hat erstaunliche Fähigkeiten. So lassen sich Lichtteilchen, Photonen genannt, bei ihrer Erzeugung miteinander verschränken und damit nicht nur über große Distanzen, sondern auch über verschiedene Wellenlängenbereiche hinweg untrennbar in ihren Eigenschaften miteinander…
Selbst einfachste molekulare Verbindungen sind bis heute nicht zur Gänze verstanden. Wissenschaftler um Roland Wester vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik haben nun im Detail untersucht, wie negative Ionen sich an Wasserstoffmoleküle – die einfachsten Moleküle, die es gibt – binden und gemeinsam mit internationalen Partnern eine präzise quantenmechanische Beschreibung dafür vorgelegt. Das Team um Physiker Roland Wester wollte schon lange die Bindung von Wasserstoffanionen an Wasserstoffmoleküle untersuchen. Dies erwies sich bisher allerdings als experimentell sehr schwierig. Deshalb haben…
Bei der Arbeit mit Helium-Nanotröpfchen sind Wissenschaftler der Universität Innsbruck um Fabio Zappa und Paul Scheier auf ein überraschendes Phänomen gestoßen: Treffen die ultrakalten Tröpfchen auf eine harte Oberfläche, verhalten sie sich wie Wassertropfen. Ionen, mit denen sie zuvor dotiert wurden, bleiben so beim Aufprall geschützt und werden nicht neutralisiert. Am Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck nutzt die Arbeitsgruppe um Paul Scheier seit rund 15 Jahren Helium-Nanotröpfchen für die Untersuchung von Ionen mit massenspektrometrischen Methoden. Mit…
Vagabundierende Himmelskörper lassen in die Entstehung von Sternen und Planeten blicken. Bei Beobachtungen in einer der sonnennächsten Sternentstehungsregionen entdeckte ein Team internationaler Astronom*innen die bisher größte Ansammlung freischwebender Planeten. Diese Himmelskörper kreisen um keinen Stern und sind wegen ihrer geringen Helligkeit enorm schwer zu finden. Die große Zahl der nun aufgespürten Planeten gibt Aufschluss über den Entstehungsprozess von Sternen und Planeten und stellt einen wichtigen Anhaltspunkt für künftige Forschungen dar. An der erstaunlichen Entdeckung war Núria Miret Roig vom Institut…
Von welchen Faktoren hängt es ab, wie schnell ein Quantencomputer seine Berechnungen durchführen kann? Physiker der Universität Bonn und des Technion – Israel Institute of Technology haben ein elegantes Experiment erdacht, um diese Frage zu beantworten. Die Ergebnisse der Studie erscheinen in der Fachzeitschrift Science Advances. Quantencomputer sind hoch entwickelte Maschinen, die sich bei der Verarbeitung von Informationen auf die Prinzipien der Quantenmechanik stützen. Dadurch sollen sie in Zukunft bestimmte Probleme bearbeiten, die für klassische Rechner völlig unlösbar wären. Doch…
Quanteneffekte in Supraleitern könnten der Halbleitertechnologie eine neue Wendung geben. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der Universität Cornell im US-Bundesstaat New York haben ein Verbundmaterial identifiziert, das Quantenbauelemente in die Halbleitertechnologie integrieren und damit elektronische Bauteile deutlich leistungsstärker machen könnte. Sie veröffentlichen ihre Ergebnisse heute im Fachblatt Science Advances. Unsere derzeitige elektronische Infrastruktur basiert vor allem auf Halbleitern. Diese Materialklasse kam etwa in der Mitte des 20. Jahrhunderts auf und wurde seither immer weiter verbessert. Zu den derzeit…
Forschungsteam untersuchte Isotopen-Zusammensetzung von Gesteinsplaneten im inneren Sonnensystem. Erde und Mars sind aus Material entstanden, das zum größten Teil aus dem inneren Sonnensystem stammt; nur ein kleiner Anteil der „Baustoffe“ dieser beiden Planeten haben ihren Ursprung jenseits der Umlaufbahn des Jupiters. Zu diesem Ergebnis kommt eine Gruppe von Forschern unter Leitung der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster. In der Fachzeitschrift „Science Advances“ legen sie nun den bisher umfassendsten Vergleich der Isotopen-Zusammensetzung von Erde, Mars und ursprünglichem Baumaterial des inneren und äußeren…
Einzelgänger-Planeten sind schwer fassbare kosmische Objekte. Sie haben eine Masse, die mit der von Planeten in unserem Sonnensystem vergleichbar ist, umkreisen aber keinen Stern, sondern bewegen sich frei im All. Bisher waren nicht viele bekannt, aber ein Team von Astronomen hat mit Hilfe von Daten mehrerer Teleskope der Europäischen Südsternwarte (ESO) und anderer Einrichtungen mindestens 70 neue Einzelgänger-Planeten in unserer Galaxie entdeckt. Dies ist die größte jemals entdeckte Gruppe vagabundierender Planeten und ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Ursprünge und…
Die Miniaturisierung von optischen Komponenten ist eine Herausforderung in der Photonik. Forschenden des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist es gelungen, einen Diffusor – eine optische Streuscheibe – auf der Basis von Silizium-Nanopartikeln zu entwickeln. Damit können sie Richtung, Farbe und Polarisation von Licht gezielt steuern. Anwendungen kann die neuartige Technologie etwa in transparenten Bildschirmen oder in der Augmented-Reality finden. Über ihre Ergebnisse berichten die Forschenden in der Zeitschrift „Advanced Materials“. (DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202105868). Die Photonik –…
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