Quantensprung auf der Waage

Quantensprung auf der Waage

Physik-News vom 06.05.2020

Ein neuer Zugang zur Quantenwelt: Wenn ein Atom beim Quantensprung eines Elektrons Energie aufnimmt oder abgibt, wird es schwerer oder leichter. Ursache ist Einsteins E = mc². Allerdings ist dieser Effekt bei einem einzelnen Atom ultraklein. Trotzdem gelang es nun einer internationalen Kooperation unter der Führung eines Teams um Klaus Blaum und Sergey Eliseev am Max-Planck-Institut für Kernphysik, diese winzige Massenveränderung einzelner Atome erstmals zu messen. Sie setzte dafür die ultrapräzise Atom-Waage Pentatrap am Institut in Heidelberg ein. Damit entdeckte die Kooperation in Rhenium einen bislang unbeobachteten Quantenzustand, der für zukünftige Atomuhren interessant sein könnte.

Es ist erstaunlich, aber wahr: Zieht man eine mechanische Uhr auf, wird sie schwerer, ebenso ein Smartphone beim Aufladen. Ursache ist die Äquivalenz von Energie (E) und Masse (m), die Einstein in die berühmteste Formel der Physik gefasst hat: E = mc² (c: Vakuumlichtgeschwindigkeit). Allerdings ist dieser Effekt so klein, dass er sich unserer Alltagserfahrung völlig entzieht. Keine uns zugängliche Waage könnte ihn erfassen.


Eine sehr präzise Atomwaage: Pentatrap besteht aus fünf übereinander angeordneten sogenannten Penningfallen (gelbe Säule in der Mitte). In diesen baugleichen Fallen lassen sich Ionen im angeregten Quantenzustand und im Grundzustand im Vergleich messen. Um Fehler zu minimieren, werden die Ionen für Vergleichsmessungen auch zwischen verschiedenen Fallen hin und her geschoben.

Publikation:


R. X. Schüssler et al.
Detection of metastable electronic states by Penning trap mass spectrometry
Nature 581, 42–46 (2020)

DOI: 10.1038/s41586-020-2221-0



In Heidelberg gibt es allerdings eine solche Waage, am Max-Planck-Institut für Kernphysik. Pentatrap eröffnet der Präzisionsphysik eine neue Welt. Sie kann die unglaublich winzige Massenänderung eines einzelnen Atoms messen, wenn darin ein Elektron über einen Quantensprung Energie aufnimmt oder abgibt. Solche Quantensprünge in den Elektronenhüllen der Atome gestalten unsere Welt, sei es in der lebenspendenden Fotosynthese und generell chemischen Reaktionen oder sei es in der Entstehung von Farbe und überhaupt in unserem Sehen.

Eine Ameise auf einem Elefanten

Rima Schüssler, heute Postdoktorandin am Max-Planck-Institut für Kernphysik, hat Pentatrap seit ihrer Masterarbeit 2014 mit aufgebaut. Sie ist Erstautorin einer Arbeit über eine unerwartete Entdeckung, die in einer Zusammenarbeit am Max-Planck-PTB-Riken-Centers gemacht wurde: In Rhenium gibt es einen bislang unentdeckten elektronischen Quantenzustand mit besonderen Eigenschaften. Für die unglaubliche Empfindlichkeit, mit der Pentatrap den Sprung eines Elektrons in diesen Quantenzustand über die Massenänderung eines Rheniumatoms entdecken konnte, hat Rima Schüssler einen griffigen Vergleich parat: „Durch Wiegen eines sechs Tonnen schweren Elefanten könnten wir feststellen, ob eine zehn Milligramm leichte Ameise auf ihm herumkrabbelt.“


Messungen bei Temperaturen des Weltalls: Pentatrap befindet sich in einem großen supraleitenden Magneten. Das Innere des Gefäßes wird auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt gekühlt, um störende Wärmebewegungen der Atome einzufrieren. Da Personen im Raum unter anderem durch ihre Körpertemperatur bereits die Messungen beeinflussen würden, darf niemand während des Experimentierbetriebs das Labor betreten. Die Anlage wird dann ferngesteuert.

Pentatrap besteht aus fünf sogenannten Penningfallen. Damit eine solche Falle ein Atom wiegen kann, muss es elektrisch geladen sein, also zu einem Ion werden. Dem Rhenium wurden dazu sogar 29 seiner 75 Elektronen weggenommen, weshalb es sehr stark geladen ist, was die Messgenauigkeit steigert. Die Falle fängt dieses hochgeladene Rheniumion in einer Kombination aus einem Magnetfeld und einem speziell geformten elektrischen Feld ein. Darin läuft es in einer Kreisbahn um, die komplex in sich verschraubt ist. Im Prinzip kann man sich das wie eine Kugel an einem Seil vorstellen, die man in der Luft rotieren lässt. Tut man dies mit immer gleicher Kraft, dann rotiert eine schwerere Kugel langsamer als eine leichtere.

Ein extrem langlebiger Quantenzustand in Rhenium

In Pentatrap liefen zwei Rhenium-Ionen abwechselnd in den übereinanderliegenden Fallen um. Ein Ion befand sich im energetisch niedrigsten Quantenzustand. Im zweiten Ion wurde bei seiner Erzeugung ein Elektron durch Zufuhr von Energie zufällig in einen höheren Zustand angeregt – gewissermaßen war es die aufgezogene Uhr. Durch die gespeicherte Energie wurde es minimal schwerer und lief damit langsamer um als das erste Ion. Pentatrap zählt die Anzahl der Umläufe pro Zeiteinheit präzise mit, und die Differenz der Umlaufzahlen ergab den Gewichtszuwachs.



Mit dieser Methode entdeckte das Team im Rhenium einen extrem langlebigen Quantenzustand. Er ist metastabil, das heißt, er zerfällt nach einer gewissen Lebensdauer. Diese liegt aber bei enormen 130 Tagen, haben Theoretiker des Instituts um Zoltán Harman und Christoph H. Keitel, der Universität Heidelberg und vom Laboratoire Kastler Brossel in Paris errechnet. Es zeigte sich auch, dass die Lage des Quantenzustands sehr gut mit Modellrechnungen mit modernsten quantenmechanischen Methoden übereinstimmt.

Mögliche Anwendung in zukünftigen Atomuhren

Solche angeregten elektronischen Zustände in hochgeladenen Ionen sind für Grundlagenforschung interessant, aber auch für eine mögliche Anwendung in zukünftigen Atomuhren, wie sie die Arbeitsgruppe um José Crespo López-Urrutia am Institut in Kooperation mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) erforscht. Für diese ist der metastabile Zustand in Rhenium aus mehreren Gründen attraktiv. Zum einen entspricht er wegen seiner Langlebigkeit einer scharfen Umlauffrequenz des Elektrons um den Atomkern. Zum andern kann das Elektron mit weichem Röntgenlicht zum Sprung in diesen Quantenzustand angeregt werden. Im Prinzip könnte eine solche Uhr schneller und damit noch genauer ticken als die derzeitige Generation optischer Atomuhren. Allerdings ist es nach Ansicht von Ekkehard Peik, der an der PTB den Bereich „Zeit und Frequenz“ leitet und an der Arbeit nicht beteiligt war, noch zu früh für Spekulationen, ob sich die Entdeckung für eine neue Generation von Atomuhren eignen könnte.



„Diese neue Methode zur Entdeckung langlebiger Quantenzustände ist aber spektakulär“, betont der Physiker. Er könnte sich vorstellen, dass mit solchen neuen Quantenzuständen arbeitende Atomuhren erst einmal ein neues Testfeld für die Grundlagenforschung bieten könnten. Weil den Rheniumionen viele sich gegenseitig abschirmende Elektronen fehlen, spüren die übriggebliebenen Elektronen das elektrische Feld des Atomkerns besonders stark. Folglich rasen sie mit so hohen Geschwindigkeiten um den Kern herum, dass ihre Bewegung mit Einsteins Spezieller Relativitätstheorie beschrieben werden muss. Mit der neuen Atomwaage ließe sich auch hochpräzise testen, ob die Spezielle Relativitätstheorie und die Quantentheorie hier so zusammenspielen, wie dies die Theorie bislang beschreibt.

Ganz allgemein bietet die neue Atomwaage einen neuen Zugang zum quantenhaften Innenleben größerer Atome. Da diese aus vielen Teilchen – Elektronen, Protonen und Neutronen – bestehen, lassen sie sich nicht exakt berechnen. Daher beruhen die Atommodelle der Theorie zwangsweise auf Vereinfachungen, und diese können nun extrem genau überprüft werden. Darüber hinaus gibt es auch schon die Idee, solche Atome als Sonden für die Suche nach unbekannten Teilchen zu benutzen, die sich allein über die extrem schwache Gravitationskraft bemerkbar machen. Diese Dunkle Materie ist eines der größten, ungelösten Rätsel der Physik.

Auf dem Weg zu neuer Physik

Ein wichtiger Schritt in Richtung der Erschließung neuer Physik mit atomphysikalischen Methoden wurde ebenfalls mit PENTATRAP erreicht [Phys. Rev. Lett. 124, 113001]. Hierbei führten die Heidelberger Forscher Massenmessungen an einer Kette von fünf Paaren von Xenon-Isotopen durch. Mittels hochauflösender Laserspektroskopie an ähnlichen Ketten anderer Elemente wie Calcium und Ytterbium kann über die geringfügigen Energiedifferenzen (Isotopieverschiebung), in die die Massenmessungen eingehen, auf einen linearen Zusammenhang geschlossen werden. Nichtlineare Abweichungen davon können jedoch ein Indiz für neue Physik sein (weitere fundamentale Wechselwirkungen, neue Teilchen, Dunkle Materie), die sich bei extrem genauer Beobachtung manifestiert – eine Alternative zu Hochenergieexperimenten. Auch hier ist die enge Kooperation mit der Theorie (Gruppe um Zoltan Harman am MPIK) zu betonen. Die direkte Messung der Bindungsenergie eines Elektrons in einem hochgeladenen Ion zeigte eine sehr gute Übereinstimmung mit relativistischen Atomstrukturrechnungen. Dies schafft die Grundlage u. a. für zukünftige hochpräzise Tests der Quantenelektrodynamik.

Diese Newsmeldung wurde mit Material des Max-Planck-Institut für Kernphysik via Informationsdienst Wissenschaft erstellt



   86 Meldungen
13.10.2020
Quantenphysik - Quantenoptik
Meilenstein in der Quantenphysik: Physikern gelingt der kontrollierte Transport von gespeichertem Licht
Patrick Windpassinger und sein Team demonstrieren, wie sich in einer Wolke aus ultrakalten Atomen gespeichertes Licht über ein "optisches Förderband" transportieren lässt.
07.10.2020
Optik - Quantenphysik
Intelligente Nanomaterialien für Photonik
In Kombination mit Lichtwellenleitern ermöglichen 2D-Materialien mit herausragenden optischen Eigenschaften ganz neue Anwendungen im Bereich der Sensorik, der nichtlinearen Optik und der Quantenelektronik.
09.09.2020
Quantenphysik
Neue Methode schützt Quantencomputer vor Ausfällen
Quanteninformation ist fragil, weshalb Quantencomputer in der Lage sein müssen, Fehler zu korrigieren.
03.09.2020
Quantenphysik
Quantensicher kommunizieren mit acht Freunden
In Bristol haben Forscher in Kooperation mit der Österreichischen Akademie der Wissenschaften ein Netzwerk aufgebaut, das quantenverschlüsselte Kommunikation zwischen acht Teilnehmern erlaubt.
12.08.2020
Elektrodynamik - Quantenphysik - Teilchenphysik
Effizientes Ventil für Elektronenspins
Forscher der Universität Basel haben zusammen mit Kolleginnen aus Pisa ein neues Konzept entwickelt, das den Eigendrehimpuls (Spin) von Elektronen verwendet, um elektrischen Strom zu schalten.
10.08.2020
Quantenphysik
Hinter einem Schleier aus Nichts
Internationales Forscherteam manipuliert das Quantenvakuum schneller als Licht.
09.07.2020
Festkörperphysik - Quantenphysik
Neue Erkenntnisse über Flüssigkeiten, die ohne Widerstand fließen
Verlustfreie Stromleitung bei Raumtemperatur? Ein Material, das diese Eigenschaft aufweist, also bei Raumtemperatur supraleitend ist, könnte die Energieversorgung revolutionieren.
16.06.2020
Atomphysik - Quantenphysik
Der kleinste Motor der Welt
Ein Forschungsteam der Empa und der EPFL hat einen molekularen Motor entwickelt, der aus nur 16 Atomen besteht und sich zuverlässig in eine Richtung dreht.
02.06.2020
Elektrodynamik - Quantenphysik
Verbundene Nanodreiecke zeigen Weg zu magnetischen Kohlenstoff-Materialien
Graphen-Dreiecke von nur einigen Atomen Kantenlänge verhalten sich wie eigentümliche Quantenmagnete.
28.05.2020
Astrophysik - Quantenphysik - Teilchenphysik
Wieso Radium-Monofluorid den Blick ins Universum fundamental verändern kann
Ein internationales Forscherteam hat durch eine neue Methodik am CERN ein kurzlebiges, radioaktives Molekül erzeugt, dessen Eigenschaften eine fundamentale Rolle in der Physik spielen. Zwei Laborastrophysiker der Uni Kassel lieferten entscheidende Informationen.
07.05.2020
Quantenphysik
Licht-Schleife koppelt Quantensysteme über Distanz
Erstmals konnten Forscher Quantensysteme über eine grössere Distanz stark miteinander koppeln.
07.05.2020
Quantenphysik - Teilchenphysik
Langlebiges pionisches Helium: exotische Materie erstmals experimentell nachgewiesen
Exotische Atome, in denen Elektronen durch andere subatomare Teilchen gleicher Ladung ersetzt werden, ermöglichen tiefe Einblicke in die Quantenwelt.
06.05.2020
Quantenphysik
Quantensprung auf der Waage
Ein neuer Zugang zur Quantenwelt: Wenn ein Atom beim Quantensprung eines Elektrons Energie aufnimmt oder abgibt, wird es schwerer oder leichter.
01.05.2020
Festkörperphysik - Quantenphysik
Der richtige Abstand für eine ideale Beziehung
Regensburger Physiker maßschneidern die Bindung von Elektron-Loch-Paaren in atomar dünnen Kristallen und erleichtern damit die Suche nach neuen Quantenmaterialien.
29.04.2020
Elektrodynamik - Quantenphysik
Nano-Optomechanik mit einzelnen Elektronen
Regensburger Physiker weisen einen vielversprechenden Weg auf, um verschiedenste Quantentechnologien auf einem Chip zu kombinieren.
27.04.2020
Elektrodynamik - Quantenphysik
Experiment zur Quantenelektrodynamik
Die fundamentalen Gesetze der Physik basieren auf Symmetrien, die unter anderem die Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen bestimmen.
22.04.2020
Elektrodynamik - Festkörperphysik - Quantenphysik
Studie zum Quantenphasen-Übergang im Josephson-Kontakt
Ein deutsch-französisches Forscherteam hat den Stromfluss von Cooper-Elektronenpaaren in Josephson-Kontakten untersucht.
15.04.2020
Festkörperphysik - Quantenphysik
Quantenphysik – oberflächlich betrachtet
Regensburger Physiker untersuchen nanometergroße konische Drähte, basierend auf neuartigen Materialien – und entdecken dabei eine Reihe interessanter Leitfähigkeitsphänomene an deren Oberflächen.
10.04.2020
Quantenphysik
Neues Messprotokoll identifiziert faszinierende Quantenzustände
Topologische Materialien ziehen derzeit großes Interesse auf sich und könnten die Basis für eine neue Ära in der Materialentwicklung bilden.
31.03.2020
Quantenphysik - Teilchenphysik
Neuer Quantenzustand nachgewiesen
Einem Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Braunschweig, Korea und Frankreich gelang es, einen neuartigen Quantenzustand zu erzeugen und nachzuweisen.
06.02.2019
Quantenphysik
Was wäre, wenn Schrödingers tote Katze sich mit einer lebendigen überlagerte
Wie schon Hamlet feststellte, können in einer klassischen Welt Dinge entweder Sein oder Nichtsein.
23.01.2019
Quantenphysik - Teilchenphysik
Studie: Zusammenstoß einzelner Atome führt zu zweifacher Änderung des Drehimpulses
Dank neuer Technik ist es möglich, einzelne Atome festzuhalten, gezielt zu bewegen oder ihren Zustand zu verändern.
21.01.2019
Quantenphysik
Klassisches Doppelspalt-Experiment in neuem Licht
Internationale Forschergruppe entwickelt neue Röntgenspektroskopie-Methode basierend auf dem klassischen Doppelspalt-Experiment, um neue Erkenntnisse über die physikalischen Eigenschaften von Festkörpern zu gewinnen.
16.01.2019
Quantenphysik
Fliegende optische Katzen für die Quantenkommunikation
Gleichzeitig tot und lebendig? Max-Planck-Forscher realisieren im Labor Erwin Schrödingers paradoxes Gedankenexperiment mithilfe eines verschränkten Atom-Licht-Zustands.
08.01.2019
Quantenphysik
Dissonanzen in der Quantenschwingung
Neuartige Quanteninterferenz in atomar dünnen Halbleitern entdeckt.
07.01.2019
Quantenphysik
Forscher erzeugen Hybridsystem mit verschiedenen Quantenbit-Arten
Einem japanisch-deutschen Forschungsteam ist es erstmals gelungen, Informationen zwischen verschiedenen Arten von Quantenbits auszutauschen.
21.12.2018
Quantenphysik
Mit Quanten-Tricks die Rätsel topologischer Materialien lösen
„Topologische Materialen“ sind technisch hochinteressant, aber schwer zu messen. Mit einem Trick der TU Wien wurde nun in China eine neue Untersuchungsmethode angewandt.
07.12.2018
Quantenphysik - Teilchenphysik
Meilenstein für bERLinPro: Photokathode mit hoher Quanteneffizienz
Ein Team am HZB hat den Herstellungsprozess von Photokathoden optimiert und kann nun Photokathoden mit hoher Quanteneffizienz für bERLinPro bereitstellen.
23.11.2018
Quantenphysik
Ultrakalter „Quantencocktail“
Die experimentelle Untersuchung von ultrakalter Quantenmaterie ermöglicht die Erforschung von quantenmechanischen Phänomenen, die sonst kaum zugänglich sind.
09.11.2018
Quantenphysik
Wenn sich unterschiedliche Systeme gleich verhalten
Unterschiedliche physikalische Systeme – in sich abgeschlossen und fern des Gleichgewichts – können sich vergleichbar verhalten.
02.11.2018
Quantenphysik - Quantenoptik
Komplexer Quantenteleportation einen Schritt näher
Für zukünftige Technologien wie Quantencomputer und Quantenverschlüsselung ist die experimentelle Beherrschung von komplexen Quantensystemen unumgänglich.
30.10.2018
Quantenphysik - Quantenoptik
Rydberg-Systeme als neue Plattform für Optische Quantenkommunikation und Quantennetzwerke
Durchbruch in der Quantenforschung: Mit elektromagnetisch induzierter Transparenz lassen sich starke Wechselwirkungen von Rydberg-Atomen auf Licht übertragen.
26.10.2018
Elektrodynamik - Quantenphysik
Geschützte Quantenbits
Konstanzer Physiker um Prof.
24.10.2018
Quantenphysik - Quantenoptik
Mehr Torerfolge beim Quantenfußball
Physiker der Universität Bonn haben eine Methode vorgestellt, die sich eventuell zur Herstellung so genannter Quanten-Repeater eignet.
23.10.2018
Quantenphysik
Quantenkommunikation auf Glasfaserbasis - Interferenz mit Lichtquanten unabhängiger Quellen
Wissenschaftler arbeiten weltweit an der absolut abhörsicheren Kommunikation – der sogenannten Quantenkommunikation.
08.10.2018
Astrophysik - Quantenphysik
Stringtheorie: Ist Dunkle Energie überhaupt erlaubt?
Eine neue Vermutung scheint die Stringtheorie aus den Angeln zu heben. Timm Wrase von der TU Wien veröffentlichte dazu nun vieldiskutierte Ergebnisse.
02.10.2018
Quantenphysik - Teilchenphysik
Durchbruch in der Quantenphysik: Reaktion von Quantenfluid auf Fotoanregung gelöster Teilchen
Forscher der TU Graz beschreiben in Nature Communications den Prozess, der innerhalb einer Billionstel Sekunde in einem suprafluiden Heliumtröpfchen abläuft, wenn in dessen Inneren ein Atom fotodynamisch angeregt wird.
01.10.2018
Quantenphysik - Teilchenphysik
Studie: Atomare Verunreinigung ähnlich wie bei Edelsteinen dient als Quanten-Informationsspeicher
Für die Farben von Edelsteinen oder die Leistungsfähigkeit moderner Halbleiter sind Verunreinigungen in Materialien ursächlich.
20.09.2018
Quantenphysik
Erstmals gemessen: Wie lange dauert ein Quantensprung?
Mit Hilfe ausgeklügelter Experimente und Berechnungen der TU Wien ist es erstmals gelungen, die Dauer des berühmten photoelektrischen Effekts zu messen.
20.09.2018
Quantenphysik - Thermodynamik
Kernphysiker stellen Beobachtungen zum quantenchromodynamischen Phasenübergang vor
D
19.09.2018
Quantenphysik - Teilchenphysik
Was Einstein noch nicht wusste
Er liefert die Grundlage für Solarenergie und globale Kommunikation: der photoelektrische Effekt.
19.09.2018
Quantenphysik
Fehlersuche in der Quantenwelt
Die Quantenmechanik ist eine experimentell bestens abgestützte Theorie. Doch nun führt ein Gedankenexperiment von ETH-Physikern zu unerwarteten Widersprüchen. Der Befund wirft grundsätzliche Fragen auf – und polarisiert auch die Fachwelt.
31.08.2018
Quantenphysik
Hellste Quelle verschränkter Photonen
Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) und der Leibniz Universität Hannover (LUH) haben eine optische Breitbandantenne zur effizienten Aussendung verschränkter Photonen entwickelt.
20.08.2018
Astrophysik - Quantenphysik
Quantenverschränkung erstmals mit Licht von Quasaren bestätigt
Quantenphysikern um Anton Zeilinger von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Universität Wien gelang mithilfe von bis zu 12 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernten Quasaren der erfolgreiche Nachweis der Quantenverschränkung.
08.08.2018
Quantenphysik
Neuartige Quantenkontrolle über ein Drei-Zustands-Spin-System
Wissenschaftler konnten erstmals die Quanteninterferenzen in einem quantenmechanischen Drei-Zustands-System untersuchen und damit das Verhalten einzelner Elektronenspins steuern.
31.07.2018
Quantenphysik - Teilchenphysik
Licht ins Dunkel der Vielteilchenverschränkung
Die Quantenverschränkung von zwei Teilchen ist heute gut verstanden.
24.07.2018
Festkörperphysik - Quantenphysik
Neuartiger Quantenzustand in Halbleitern
Wissenschaftlerteam der Universitäten Konstanz, Paderborn und der ETH Zürich veröffentlicht in „Nature Communications“
16.07.2018
Quantenphysik
Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung
Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen.
04.07.2018
Quantenphysik - Teilchenphysik
Elektronenspektrometer entschlüsselt quantenmechanische Effekte
Elektronische Schaltkreise sind derart miniaturisiert, dass sich quantenmechanische Effekte bemerkbar machen.
29.06.2018
Quantenphysik - Quantenoptik
Neue Methoden der 2D-Spektroskopie
Mit optischer Spektroskopie können Energiestruktur und dynamische Eigenschaften komplexer Quantensysteme untersucht werden. Forscher der Universität Würzburg zeigen zwei neue Ansätze der kohärenten zweidimensionalen Spektroskopie.
22.06.2018
Quantenphysik
Der photoelektrische Effekt in Stereo
Beim photoelektrischen Effekt löst ein Photon ein Elektron aus einem Material heraus.
22.06.2018
Quantenphysik
Quantenwelt: Informationsaustausch braucht Zeit
Bis sich Zustandsinformationen in einem Vielteilchensystem ausbreiten, vergeht Zeit.
14.06.2018
Quantenphysik
Dem Mysterium der verschränkten Lichtteilchen auf der Spur
Berner Forschenden ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu neuen Messmethoden wie der Quanten-Spektroskopie gelungen.
14.06.2018
Festkörperphysik - Quantenphysik
Quanten-Übertragung auf Knopfdruck
In den neuen Quanten-Informationstechnologien müssen empfindliche Quantenzustände zwischen entfernten Quanten-Bits übertragen werden. ETH-Forschern ist es nun gelungen, eine solche Quanten-Übertragung zwischen zwei Festkörper-Qubits auf Kommando zu realisieren.
04.06.2018
Quantenphysik
Quanteninformation mit Schall übertragen
Wie lässt sich Quanteninformation von einem Atom zum anderen übertragen? Ein Team der TU Wien und der Harvard University schlägt vor, Phononen zu verwenden – die Quanten des Schalls.
29.05.2018
Festkörperphysik - Quantenphysik - Quantenoptik - Teilchenphysik
Ultradünner Supraleiter ebnet Weg zu neuen quantenelektronischen Instrumenten
Forschern des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) ist es gemeinsam mit Kollegen aus Karlsruhe, London und Moskau gelungen, erstmals einen kohärenten Quanteneffekt mit einem bei tiefen Temperaturen kontinuierlich supraleitenden Nanodraht experimentell nachzuweisen und damit einen neuen Quantendetektor zu realisieren.
23.05.2018
Astrophysik - Quantenphysik
Matrix-Theorie als Ursprung von Raumzeit und Kosmologie
Die Quantentheorie bildet die Grundlage der modernen Physik.
15.05.2018
Quantenphysik
Erklärung für rätselhafte Quantenoszillationen gefunden
Sogenannte Quanten-Vielteilchen-„Scars“ lassen Quantensysteme länger außerhalb des Gleichgewichtszustandes verweilen. Studie wurde in Nature Physics veröffentlicht
15.05.2018
Quantenphysik
Verschränkte Atome leuchten im Gleichklang
Einem Team um Experimentalphysiker Rainer Blatt ist es gelungen, die Quantenverschränkung zweier räumlich getrennter Atome durch die Beobachtung ihrer Lichtemission zu charakterisieren.
26.04.2018
Quantenphysik - Statistische Physik - Teilchenphysik
Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon erstmals in Vielteilchensystem beobachtet
Physiker der Universität Basel haben das quantenmechanische Einstein-Podolsky-Rosen Paradoxon erstmals in einem System aus mehreren hundert miteinander wechselwirkenden Atomen beobachtet.
16.04.2018
Quantenphysik - Teilchenphysik
Ein atomares Quantenbit schaltbar gemacht
Ein Bit pro Atom: Augsburger Physiker erreichen gemeinsam mit US-amerikanischen Kollegen das wohl ultimative Limit für einen nanoskaligen Datenspeicher
11.04.2018
Quantenphysik
Quantenphysiker erzielen Verschränkungsrekord
Quantenverschränkung ist eine zentrale Grundlage für die neuen Quantentechnologien des 21.
03.04.2018
Festkörperphysik - Quantenphysik
Von der Quantenebene zur Autobatterie
Neue Entwicklungen brauchen neue Materialien.
28.03.2018
Quantenphysik
Kann sich die kausale Abfolge zwischen Ereignissen in der Quantenmechanik ändern
Forscher der Universität Wien und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften stellten sich die Frage, unter welchen Bedingungen die Quantenmechanik kausale Strukturen der Welt "unscharf" werden lässt.
26.02.2018
Quantenphysik
Quanten-Boten kommunizieren doppelt so schnell
Nicht einmal Licht kann sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
26.02.2018
Quantenphysik
Fingerabdrücke der Quantenverschränkung
Quantenverschränkung ist ein wesentliches Merkmal eines Quantencomputers.
26.02.2018
Optik - Quantenphysik - Quantenoptik
Quantenbits per Licht übertragen
Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht
26.02.2018
Quantenphysik - Quantenoptik
Auf dem Weg zum Quantencomputer: Weltweit erstes schaltbares Quanten-Metamaterial untersucht
Quantencomputer können eine große Zahl an Rechenoperationen gleichzeitig ausführen.
13.11.2017
Quantenphysik
Quantenrechnen ermöglicht schnelle Datenbanksuche
Fotosammlungen oder Soziale Netzwerke sind Datensammlungen, in denen die Daten meistens nicht sortiert vorliegen.
17.08.2017
Elektrodynamik - Quantenphysik
Quantenmagnete mit Löchern
MPQ-Wissenschaftler decken verborgene magnetische Ordnung in eindimensionalen, mit Löchern dotierten Quantenkristallen auf.
11.07.2017
Quantenphysik - Teilchenphysik
Kohlenstoff zeigt Quanteneffekte
Chemiker der Ruhr-Universität Bochum haben einen neuen Beleg dafür gefunden, dass sich Kohlenstoffatome nicht nur wie Teilchen, sondern auch wie Wellen verhalten können.
11.07.2017
Klassische Mechanik - Quantenphysik
Klassische Mechanik hilft Quantencomputer zu steuern: Mit dem Tennisschläger in die Quantenwelt
Quantentechnik gilt als Zukunftstechnologie: kleiner, schneller und leistungsfähiger als herkömmliche Elektronik.
30.06.2017
Klassische Mechanik - Quantenphysik
Newton auf den Kopf gestellt
In der Quantenwelt bewegen sich Objekte nicht immer so, wie wir es im Alltag gewohnt sind.
30.06.2017
Quantenphysik - Teilchenphysik
Erstmals gemessen - Quantenfeldtheorie im Quanten-Simulator
Eine neue Art der Vermessung von Vielteilchen-Quantensystemen präsentiert die TU Wien in Kooperation mit der Universität Heidelberg nun im Fachjournal „Nature“.
30.06.2017
Astrophysik - Elektrodynamik - Quantenphysik - Teilchenphysik
Atom- und Molekülspektren im extremen Magnetfeld von Weißen Zwergen werden berechenbar
Neue quantenchemische Methode schafft Grundlagen zur Identifikation von Atomen und Molekülen im Magnetfeld von Weißen Zwergen
30.06.2017
Astrophysik - Quantenphysik - Relativitätstheorie
Einsteins Äquivalenzprinzip besteht einen echten Quantentest
Einsteins Äquivalenzprinzip ist für das Verständnis der Gravitation und der relativistischen Raumzeit von fundamentaler Bedeutung.
30.06.2017
Optik - Quantenphysik
Wechselwirkung von Licht und Materie - Ein perfektes Attosekunden-Experiment
Mit einem sogenannten Attosekunden-Experiment ist es Physikern der Waseda-Universität in Japan, des National Research Council in Kanada und des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) in Berlin gelungen, die Wellenfunktion eines ionisierten Elektrons komplett zu messen und zu beschreiben.
30.06.2017
Quantenphysik
Ultra-sensitiv dank quantenmechanischer Verschränkung
Stuttgarter Physiker gehen weiteren Schritt zu empfindlicheren Sensoren.
05.09.2016
Astrophysik - Quantenphysik
Erste Gravitationswellen bilden sich nach 10 Millionen Jahren
Kollidieren zwei Galaxien, löst die Verschmelzung der zentralen schwarzen Löcher Gravitationswellen aus, die sich wellenartig über das ganze Weltall verbreiten.
01.05.2016
Quantenphysik - Teilchenphysik
Das Atom ohne Eigenschaften
Die Welt der kleinsten Teilchen folgt den Regeln der Quantenmechanik.
13.12.2015
Quantenphysik - Teilchenphysik
Gödel und Turing in der Welt der Quantenphysik: Fundamentales Problem der Quante
Ein vielen fundamentalen Fragen der Teilchen- und Quantenphysik zugrunde liegendes mathematisches Problem ist nachweislich unlösbar.
18.11.2015
Quantenphysik - Quantenoptik
Qualitätskontrolle für Quantensimulatoren
Wissenschaftler der FU Berlin, der Universidade Federal do Rio de Janeiro und des MPQ entwickeln neues Verfahren für die Zertifizierung photonischer Quantensimulatoren
27.04.2015
Astrophysik - Quantenphysik
Ist unser Universum ein Hologramm?
Zur Beschreibung des Universums braucht man möglicherweise eine Dimension weniger als es den Anschein hat.
24.04.2015
Quantenphysik
Quantenphysik – heiß und kalt zugleich
Eine Wolke aus Quantenteilchen kann mehrere Temperaturen gleichzeitig aufweisen. Das zeigen Experimente, die im Rahmen eines gemeinsamen Projekts von Wissenschaftlern der Universität Heidelberg und der Technischen Universität Wien (Österreich) durchgeführt wurden.
30.01.2015
Festkörperphysik - Quantenphysik - Relativitätstheorie
Wie allgemein ist die Allgemeine Relativitätstheorie?
Egal ob Feder, Apfel oder Ziegelstein: Im Vakuum, wenn es keine Reibung mehr gibt und nur noch die Gravitation wirkt, fallen alle Körper gleich schnell.
04.09.2013
Quantenphysik - Relativitätstheorie
In Quantenschritten zum Urknall
Ein neuer Ansatz zur Vereinigung von Allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenphysik

News der letzten 7 Tage     2 Meldungen


21.10.2020
Milchstraße - Teilchenphysik
Atomarer Wasserstoff als archäologischer Nachweis für die Geschichte der Milchstraße
Eine Gruppe von Astronomen unter der Leitung von Juan Soler vom MPIA hat ein komplexes Netzwerk aus Filamenten aus atomarem Wasserstoffgas gefunden, das die Milchstraße durchdringt.
16.10.2020
Quantenoptik - Teilchenphysik
Zepto-Sekunden: Neuer Weltrekord in Kurzzeit-Messung
Im weltweiten Wettlauf um die Messung der kürzesten Zeitspanne liegen jetzt Physikerinnen und Physiker der Goethe-Universität Frankfurt vorn.