Physik Astronomie

Auf dem Weg zu empfindlichen Quanten-Sensoren hat ein internationales Forschungsteam Fortschritte erzielt. Bornitrid ist ein technologisch interessantes Material, weil es sehr kompatibel mit vielen anderen zweidimensionalen (2D) kristallinen Strukturen ist, zum Beispiel mit Graphen. Darum eröffnet es Wege zu Multischichtstrukturen oder elektronischen Bauelementen mit völlig neuen Eigenschaften. Vor etwa einem Jahr gelang es einem Team vom Physikalischen Institut der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg, in einer extrem flachen Kristallschicht aus Bornitrid Spin-Defekte, auch Qubits genannt, zu erzeugen und experimentell nachzuweisen. Jetzt hat…

Prof. Dominik Stöckinger vom Institut für Kern- und Teilchenphysik der TU Dresden ist an dem großangelegten Myon g-2-Experiment des Fermilab in den USA beteiligt. Nun steht die Kollaboration vor einem Sensationsmoment, der die Geschichte der Teilchenphysik neu schreiben könnte und vielleicht sogar Hinweise auf noch unbekannte Teilchen im Universum gibt. Seit vielen Jahren widmen sich er und seine Frau Dr. Hyejung Stöckinger-Kim, ebenfalls Wissenschaftlerin am Institut Kern- und Teilchenphysik, diesem Thema auch von theoretischer Seite. Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik beschreibt…

Ein einziges „Super-Photon“ aus vielen Tausend einzelnen Lichtteilchen – rund zehn Jahre ist es her, dass Forscher der Universität Bonn einen solchen extremen Aggregatzustand zum ersten Mal herstellten. Prof. Dr. Martin Weitz und Prof. Dr. Johann Kroha berichten von einem neuen, bisher unbekannten Phasenübergang in einem solchen optischen Bose-Einstein-Kondensat. Es handelt sich dabei um eine sogenannte überdämpfte Phase. Die Ergebnisse könnten langfristig für die verschlüsselte Quantenkommunikation relevant sein. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Science erschienen. Das Bose-Einstein-Kondensat ist ein…

Auch für Farben gelten Abstandsregeln: Optisch angeregte Halbleiterlaser sind in der Lage, Licht auszusenden, dessen Frequenzen feste Distanzen zueinander einhalten – wie die Striche auf einem Lineal. Das hat ein Marburger Forschungsteam aus der Physik herausgefunden, indem es bei einem speziellen Lasersystem erstmals exakt vermaß, wie die Wellen der Lichtschwingungen miteinander verknüpft sind. Die Gruppe um den Marburger Physiker Professor Dr. Martin Koch berichtet im Fachblatt „Optica“ über ihre Ergebnisse. Normalerweise umfasst Licht ein kontinuierliches Spektrum an Wellenlängen oder, anders…

Uranus und Neptun habe beide ein völlig schiefes Magnetfeld. Möglicherweise ist dafür die spezielle innere Struktur der Planeten verantwortlich. Doch neue Experimente von ETH-​Forschern zeigen nun, dass das Rätsel nach wie vor ungelöst ist. Die beiden grossen Gasplaneten Uranus und Neptun haben seltsame Magnetfelder. Diese sind jeweils relativ zu den Rotationsachsen des Planeten stark gekippt und sind deutlich vom physikalischen Zentrum des Planeten versetzt. Warum das so ist, darüber rätseln Planetenwissenschaftler bereits seit längerem. Verschiedene Theorien gehen davon aus, dass…

Magnetische Isolatoren sind faszinierende Materialien, in denen der Elektronenspin Ströme bilden kann, ohne dass ein elektrischer Strom benötigt wird. Solche Spinströme können zur Übertragung von Informationen genutzt werden. Nun berichtet ein Theorie-Team des MPSD, der Tianjin University (China) und der Tohoku University (Japan) in Physical Review Letters, dass ein universeller Doppler-Effekt den maximalen Spinstrom in magnetischen Isolatoren begrenzt, wenn sie durch Magnetfelder aus dem Gleichgewicht gebracht werden. Dieses Phänomen stellt eine überraschende Parallele zu ähnlichen Prozessen in Supraleitern dar, die…

Elasto-thermoelektrisches Transportexperiment enthüllt die Wechselwirkungen in unkonventionellen Supraleitern. Supraleiter sind Materialien, in denen unterhalb einer charakteristischen Temperatur ein elektrischer Strom ganz ohne Widerstand fließen kann. Dieses Phänomen wird seit seiner Entdeckung zu Beginn des 20. Jahrhunderts intensiv erforscht, nicht zuletzt weil es ein enormes Anwendungspotenzial besitzt. Die notwendige Kühlung mit flüssigem Helium oder flüssigem Stickstoff hat einer breiten Anwendung bisher allerdings Schranken gesetzt. Deshalb bleibt es eine der größten Herausforderungen, den Effekt der Supraleitung auch bei höheren Temperaturen zu realisieren….

Für Computerchips braucht man Materialien, die Hitze möglichst rasch ableiten. An der TU Wien wurde nun eine Metallverbindung identifiziert, die dafür besonders gut geeignet ist. Eine Thermosflasche hat die Aufgabe, die Temperatur möglichst gut zu konservieren – aber manchmal möchte man das Gegenteil erreichen: Computerchips erzeugen Hitze, die möglichst rasch abgeleitet werden muss, um den Chip nicht zu zerstören. Dafür benötigt man spezielle Materialien mit besonders guten Wärmeleitungseigenschaften. Gemeinsam mit Forschungsgruppen aus China und den USA machte sich ein Team…

In gemeinsamer Arbeit haben Forscher der Humboldt Universität zu Berlin, des Max-Born-Institut Berlin und der University of Central Florida (USA) notwendige Kriterien für den robusten Transport von verschränktem Zwei-Photon-Licht in photonischen topologischen Isolatoren herausgearbeitet, was den Weg ebnet hin zum rausch-resistenten Transport von Quanteninformationen. Die Ergebnisse sind nun in „Nature Communications“ erschienen. Topologische Isolatoren – ursprünglich in Festkörpersystemen entdeckt – sind zwei-dimensionale Materialien, die streuungs-freien (uni-direktionalen) Transport entlang ihres Randes erlauben, sogar im Beisein von Defekten und Unordnung. Im Wesentlichen…

Das extrem junge Universum kann nicht direkt beobachtet werden, lässt sich aber mithilfe mathematischer Theorien rekonstruieren. Physiker der Universitäten Göttingen und Auckland, Neuseeland, haben die Fähigkeit komplexer Computersimulationen, diese frühe Epoche zu beschreiben, wesentlich verbessert. Sie entdeckten, dass sich innerhalb einer Billionstelsekunde nach dem Urknall ein komplexes Netz an Strukturen bilden kann, dessen Eigenschaften der Verteilung von Galaxien im heutigen Universum ähneln. Im Unterschied zu heute sind diese primordialen Strukturen jedoch mikroskopisch klein. Typische Klumpen besitzen nur Massen von einigen…

Quantenkommunikation ist abhörsicher, aber bislang nicht besonders effizient. Das wollen Forscher des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik ändern. Sie haben eine Nachweismethode entwickelt, mit dem sich Quantensendungen nachverfolgen lassen. Quanteninformation wird über größere Strecken in Form von Photonen, also Lichtteilchen, verschickt, die jedoch schnell verloren gehen. Bereits nach einer Teilstrecke zu erfahren, ob ein solches Photon noch auf dem Weg zu seinem Ziel oder schon verloren gegangen ist, kann den Aufwand für die Informationsverarbeitung deutlich reduzieren. Damit werden Anwendungen etwa bei der…

Neue Hinweise gefunden, wie kosmische Strahlung entsteht Ein internationales Forschungsteam hat zum ersten Mal gezeigt, dass hochenergetische kosmische Strahlung in der Umgebung massereicher Sterne erzeugt wird. Die Beobachtungen liefern neue Hinweise zur Entstehung und Entwicklung der kosmischen Strahlung. Die Ergebnisse, an denen ein Astrophysiker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) beteiligt ist, sind nun im renommierten Fachmagazin Nature Astronomy veröffentlicht worden. Das Observatorium HAWC in Mexiko hat kosmische Gammastrahlung mit Energien bis zu mindestens 200 Teraelektronenvolt aus der Richtung des so genannten…

Forschende der UZH und des CERN haben neue verblüffende Ergebnisse veröffentlicht. Laut der internationalen Forschungskollaboration LHCb, die das Large Hadron Collider beauty-Experiment betreibt, verstärken die neuesten Messungen die Hinweise auf eine Abweichung gegenüber den theoretischen Erwartungen. Lassen sich die Resultate bestätigen, deuten sie auf eine Physik jenseits des Standardmodells hin – etwa eine neue fundamentale Kraft. Wenn bei der Kollision von hochenergetischen Protonenstrahlen im Large Hadron Collider (LHC) – dem Teilchenbeschleuniger am CERN in Genf – sogenannte Beauty-Quarks entstehen, zerfallen…

2D-Materialien haben einen Boom in der Materialforschung ausgelöst. Nun zeigt sich: Spannende Effekte treten auf, wenn man zwei solche Schichtmaterialien aufeinander stapelt und leicht verdreht. Die Entdeckung des Materials Graphen, das nur aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen besteht, war der Startschuss für ein weltweites Forschungswettrennen: Aus unterschiedlichen Atomsorten stellt man heute sogenannte „2D-Materialien“ her – atomar dünne Schichten, die oft ganz besondere Materialeigenschaften aufweisen, wie man sie in herkömmlichen, dickeren Materialien nicht findet. Nun wird diesem Forschungsbereich ein weiteres…

Mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an dem die Europäische Südsternwarte (ESO) beteiligt ist, hat ein Team von Astronomen zum ersten Mal die Winde in der mittleren Atmosphäre des Jupiters direkt gemessen. Durch die Analyse der Nachwirkungen eines Kometeneinschlags aus den 1990er Jahren haben die Forscher unglaublich starke Winde mit einzigartigen Geschwindigkeiten von bis zu 1450 Kilometern pro Stunde in der Nähe der Pole des Jupiters entdeckt. Jupiter ist berühmt für seine charakteristischen roten und weißen Bänder: wirbelnde Wolken…

Forschende demonstrieren neuartigen, photonischen Interferenzeffekt, der den Weg zu großskaligen kontrollierbaren Quantensystemen bahnen könnte. Es ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zur Entwicklung von Anwendungen der Quanteninformationsverarbeitung. In einem Schlüsselexperiment ist es gelungen, die bislang definierten Grenzen für Photonenanwendungen zu überschreiten: Anahita Khodadad Kashi und Prof. Dr. Michael Kues vom Institut für Photonik und dem Exzellenzcluster PhoenixD der Leibniz Universität Hannover haben einen neuartigen Interferenzeffekt demonstriert. Die Wissenschaftlerin und der Wissenschaftler haben damit nachgewiesen, dass neue farbcodierte photonische Netzwerke…