Transportprozesse in Materie geben immer noch viele Rätsel auf. Ein Forschungsteam um Florian Meinert am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart hat eine neue Methode entwickelt, die ihnen erstmals erlaubt, ein einzelnes geladenes Teilchen auf seinem Weg durch eine dichte Wolke aus Quantenteilchen zu beobachten. Die Ergebnisse wurden im renommierten Fachjournal Physical Review Letters veröffentlicht und sind Thema im „Viewpoint“ des populärwissenschaftlichen Begleitjournals Physics. Das Team nutzt dafür ein sogenanntes Bose-Einstein-Kondensat (BEC). In diesem exotischen Quantenzustand befinden sich die Atome…
Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der ETH Zürich hat aus Messungen von radioaktivem Kohlenstoff in Baumringen die Sonnenaktivität bis ins Jahr 969 rekonstruiert. Die Ergebnisse helfen der Forschung, die Sonnendynamik besser zu verstehen und erlauben eine genauere Datierung organischer Materialien mit der C14-Methode. Was in der Sonne vorgeht, lässt sich nur indirekt beobachten. Sonnenflecken zum Beispiel geben Aufschluss über den Grad der Sonnenaktivität – je mehr Flecken auf der Sonnenoberfläche sichtbar sind, desto aktiver ist unser Zentralgestirn in seinem Innern….
Neue Methode führt zu dramatischer Verbesserung der erreichbaren Auflösung bei Freie-Elektronen-Lasern Seit mehr als einem Jahrzehnt liefern Röntgen-Freie-Elektronen-Laser (XFELs) schon intensive, ultrakurze Lichtpulse im harten Röntgenbereich. Einige der vielversprechendsten Anwendungen von XFELs liegen in der Biologie, wo Materialien auf der atomaren Skala abgebildet werden können, bevor die Strahlung sie zerstört. Auch in der Physik und Chemie beleuchten solche Röntgenstrahlen inzwischen die schnellsten Prozesse in der Natur mit Verschlusszeiten im Femtosekundenbereich – also Millionsteln einer Milliardstelsekunde. Auf diesen winzigen Zeitskalen ist…
Forschungsteam bestätigt neue theoretisch vorhergesagte Eigenschaft von Atomkernen Mithilfe hochenergetischer Protonen lassen sich Nukleonen und vorgeformte Kern-Cluster aus Atomkernen herausschlagen. In einem Experiment am Research Center for Nuclear Physics (RCNP) in Osaka konnten nun Heliumkerne in verschiedenen Zinn-Isotopen nachgewiesen werden und die Entwicklung der Wahrscheinlichkeit für ihre Formierung entlang der Zinn-Isotopenkette studiert werden. Die Ergebnisse einer Forschungsgruppe mit führender Beteiligung der TU Darmstadt, des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt sowie des RIKEN Nishina Centers for Accelerator-Based Science in Tokyo…
Heidelberger Astrophysiker untersuchen im Rahmen einer internationalen Kooperation interstellare Gaswolken Aufwändige und in diesem Umfang bis dahin noch nicht realisierte Computersimulationen zur Turbulenz in interstellaren Gas- und Molekülwolken haben wichtige neue Erkenntnisse zu der Frage gebracht, welche Rolle sie bei der Entstehung von Sternen spielt. Die Ergebnisse der Berechnungen lassen erstmals Rückschlüsse darauf zu, wie der Übergang dieser turbulenten Bewegungen vom Überschall- in den Unterschallbereich erfolgt. Die Arbeiten eines internationalen Forscherteams wurden unter Leitung von Wissenschaftlern des Zentrums für Astronomie…
Mit drei neuen wissenschaftlichen Instrumenten blickt die Mission Sunrise III aus der Stratosphäre auf die Sonne. Im Sommer 2022 bricht das ballongetragene Sonnenobservatorium Sunrise zu seinem dritten Stratosphärenflug auf. Vom luftigen Beobachtungsstandort mehr als 35 Kilometer über dem Erdboden genießt das Observatorium während des mehrtägigen Fluges von Nordschweden nach Kanada einen einzigartigen Blick auf die Sonne: rund um die Uhr, ungestört von den Luftturbulenzen in der Erdatmosphäre und mit Zugang zur ultravioletten Strahlung unseres Zentralgestirns. Ausgerüstet mit einem 1-Meter-Teleskop, drei…
Wenn zwei atomar dünne Schichten eines Materials aufeinandergestapelt und leicht verdreht werden, können sie radikal unterschiedliche Eigenschaften entwickeln. Manche werden supraleitend, andere nehmen sogar magnetische oder elektronische Eigenschaften durch die Wechselwirkung der beiden Schichten an. Wissenschaftler wollen herausfinden, was genau in diesen ultradünnen Doppelschichten geschieht – und wie sich diese Veränderungen induzieren und einstellen lassen. Ein Forschungsteam aus den USA und Deutschland hat nun eine bahnbrechende Methode entwickelt, um diese Wechselwirkung abzubilden. Die Arbeit zu ihrem neuen Konzept, der “Moiré-Metrologie”,…
Einer internationalen Forschungsgruppe um Quantenphysiker/innen der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der schottischen Heriot-Watt University ist es gelungen, hochdimensionale Verschränkungen in Systemen aus zwei Photonen herzustellen und zu überprüfen. Damit lässt sich schneller und sicherer kommunizieren, wie die Wissenschaftler/innen in der Fachzeitschrift “Quantum” zeigen. Die Regeln der Quantenwelt versprechen neue Möglichkeiten für eine abhörsichere Kommunikation. Das funktioniert zum Beispiel, indem sich die Gesprächspartner/innen verschränkte Photonenpaare teilen. Das Problem mit diesem Ansatz ist, dass solche Systeme nicht so stabil sind, wie…
Wissenschaftler simulieren großen Bereich der Nuklidkarte Mithilfe neuer Berechnungen lassen sich die Eigenschaften von fast 700 Isotopen zwischen Helium und Eisen vorhersagen. Sie zeigen, welche Atomkerne existieren können und welche nicht. In einem Beitrag in Physical Review Letters berichten Wissenschaftler der TU Darmstadt, der University of Washington, des kanadischen Forschungszentrums TRIUMF und der Universität Mainz, wie sie erstmals einen großen Bereich der Nuklidkarte basierend auf der starken Wechselwirkung simulierten. Atomkerne werden durch die starke Wechselwirkung zwischen Neutronen und Protonen zusammengehalten….
Mikroresonatoren sind kleine Strukturen aus Glas, in denen Licht zirkulieren und sich dadurch verstärken kann. Allerdings streuen kleinste Unebenheiten im Material einen Teil des Lichts ständig zurück, was die die Funktion der Resonatoren einschränkt. Wissenschaftler*innen ist es nun gelungen, diesen Störeffekt weitgehend zu unterdrücken. Ihre Erkenntnisse können viele Anwendungen der Mikroresonatoren verbessern: in Feldern wie der Messtechnik, etwa genauere Sensoren für Drohnen, bis hin zur optischen Informationsverarbeitung in Glasfasernetzen und Computern. Die Ergebnisse des Teams am Max-Planck-Institut für die Physik…
Publikation von Kaiserslauterer Physikern als „editors‘ suggestion“ veröffentlicht. Ein Material, das leitet und isoliert – gibt es das? Ja, Forschende haben erstmals 2005 sogenannte topologische Isolatoren beschrieben, die im Inneren Stromdurchfluss verhindern, dafür aber an der Oberfläche äußerst leitfähig sind. Die Zustände, die in dreidimensionalen Festkörpern um die Störstellen herumführen, sind wiederum an sogenannten Weyl-Punkten aufgehängt. Einem Team von WissenschaftlerInnen an der Pennsylvania State University (PSU) und der TU Kaiserslautern (TUK) ist es kürzlich erstmals gelungen, diese Punkte mit Infrarotlicht…
Femtosekundenimpulse harter Röntgenstrahlung sind ein wichtiges Werkzeug, um strukturelle Änderungen in kondensierter Materie auf atomaren Längen- und Zeitskalen zu enträtseln. Eine neue lasergetriebene Röntgenquelle liefert Femtosekundenimpulse von Kupfer Kα Strahlung bei einer Wiederholrate von 1 kHz mit einem bisher unerreichten Fluss von mehr als 10¹² Röntgenphotonen pro Sekunde. Elementare Prozesse in der Physik, Chemie oder Biologie sind mit Veränderungen der atomaren oder molekularen Struktur verknüpft, die auf der Femtosekunden-Zeitskala stattfinden (1 Femtosekunde (fs) = 10⁻¹⁵ Sekunden). Ultraschnelle Röntgenmethoden besitzen ein…
Netzwerke von schwingenden Systemen können durch Rauschen optimal synchronisiert werden. Ein internationales Forschungsteam um den Potsdamer Physiker Dr. Ralf Tönjes hat seine Erkenntnisse zu diesem neu entdeckten dynamischen Effekt kürzlich in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht. Wechselwirkende, schwingende Systeme können ihre Frequenz und ihren Schwingungszustand aneinander angleichen. Schwingen viele Komponenten eines komplexen Systems im Gleichklang, spricht man von Synchronisation – ein Phänomen, das biologisch in der inneren Uhr oder den Zellen im schlagenden Herzen die Funktionalität überhaupt erst ermöglicht. Auch…
Der Kondo-Effekt beeinflusst den elektrischen Widerstand von Metallen bei tiefen Temperaturen und bildet eine Grundlage für neue Konzepte zur Datenspeicherung und -verarbeitung. Spektroskopische Untersuchungen von 1998 zum Kondo-Effekt mittels Rastertunnelmikroskopie gelten als wegweisend und waren Auslöser für unzählige weitere Untersuchungen dieser Art. Zahlreiche dieser Untersuchungen müssen möglicherweise noch einmal überprüft werden, nachdem Jülicher Forscher nun zeigen, dass sich der Kondo-Effekt nicht zweifelsfrei auf diesem Weg nachweisen lässt. Stattdessen erzeugt ein anderes Phänomen genau den spektroskopischen „Fingerabdruck“, der bisher dem Kondo-Effekt…
Alle photoelektronischen Geräte funktionieren auf der Grundlage, dass die Materialien in ihnen Licht absorbieren, übertragen und reflektieren. Das Verständnis der Photoeigenschaften eines bestimmten Materials auf atomarer Ebene hilft nicht nur bei der Auswahl geeigneter Materialien für eine bestimmte Anwendung, sondern ermöglicht auch die gezielte Steuerung dieser Eigenschaften. Nun haben Forscher*innen aus Italien, Deutschland und den Vereinigten Staaten gezeigt, dass das ‘Kicken’ der Atome in einem CuGeO₃-Kristall mit einem Infrarot-Laserpuls das Material nicht nur transparent macht, sondern dass die Transparenz auf…
Als Bausteine sind sie noch nicht nutzbar – aber die mit dem Laser aufgeschmolzenen Bahnen sind ein erster Schritt zu 3D-gedruckten Gebäuden, Landeplätzen und Straßen aus Mondstaub. Im Projekt MOONRISE ist es dem Wissenschaftler-Team vom Institut für Raumfahrtsysteme (IRAS) der Technischen Universität Braunschweig und dem Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) gelungen, sowohl Regolith unter Mondgravitation aufzuschmelzen als auch zusammenhängende Bahnen zu „drucken“. Zum Abschluss des zweijährigen, von der VolkswagenStiftung finanzierten Projekts konnten Labor-Versuche mit dem MOONRISE-Laser an einem Robotorarm des…
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