Physik

Experiment mit schwebenden Atomen als Spalt bestätigen Bohrs Quantentheorie

Wo Einstein falsch lag: Vor knapp 100 Jahren stritten sich Albert Einstein und Niels Bohr über die Physik hinter dem berühmten Doppelspalt-Experiment. Jetzt haben Forschende das Experiment in atomarem Maßstab wiederholt – und Einsteins Annahmen dazu erneut widerlegt. Ihre Messungen bestätigen, dass die durch den Spalt fliegenden Teilchen quantenphysikalisch unbestimmt sind: Versucht man ihren Weg auf Basis ihrer Teilchennatur zu messen, verlieren sie ihren Wellencharakter. Niels Bohr hatte demnach Recht, Einstein nicht.

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• : [Doppel­spalt-Experiment] MIT zeigt mit extrem kalten Atomen: Einstein lag falsch, Bohr hat Recht

Physiker des MIT haben in einem eindrucksvollen Experiment nach­gewiesen, dass Albert Einstein in einem berühmten Streit mit sei­nem Kollegen Niels Bohr falschlag. Sie stellten das bekannte Doppel­spalt-Experiment quasi in Perfektion nach.

Zusammenfassung durch Le Chat - Mistral AI:

Ein Team von Physikern am MIT, geleitet von Nobelpreisträger Wolfgang Ketterle, hat ein Experiment mit bisher unerreichter Präzision durchgeführt. Sie nutzten ultrakalte Atome als "Einzelschlitze" in einem Gitter, das durch Laserstrahlen angeordnet wurde. Über 10.000 Atome wurden fast auf den absoluten Nullpunkt abgekühlt, und ein schwacher Lichtstrahl wurde durch dieses Gitter gelenkt.

Die Forscher konnten die "Unschärfe" der Atompositionen steuern und damit den bekannten Weg eines Photons bestimmen. Das Ergebnis zeigte, dass das wellentypische Interferenzmuster verschwand, sobald mehr über den Weg eines Photons bekannt wurde. Dies bestätigt die Vorhersagen der Quantenmechanik und Niels Bohrs Argument aus dem Jahr 1927: Die Messung des Teilchenwegs eines Photons beeinflusst dessen Verhalten als Welle.

Paper: unfrei, also kein Open Access | Was bedeutet Open Access?

Physiker zeigen erstmals die Vibration einzelner Atome in einem 2D-Material

Atomare Premiere: Ein neues Verfahren macht erstmals die Wärmeschwingungen einzelner Atome sichtbar. An der Form und Unschärfe der Atome lässt sich direkt ablesen, wie stark sie vibrieren. So schwingen Wolfram-Atome bei Raumtemperatur nur um rund 0,006 Nanometer, wie die Elektronen-Ptychografie von Wolframselenid enthüllte. Die [...] veröffentlichten Beobachtungen liefern auch den ersten Beleg für eine neue, bisher nur theoretisch postulierte Klasse von Gitterschwingungen.

Physiker manipulieren und messen erstmals den Spinzustand eines einzelnen Antiprotons

Antimaterie-Durchbruch: Physiker haben erstmals den Spin eines einzelnen Antiprotons manipuliert und gemessen – und so das erste Quantenbit aus Antimaterie erschaffen. Das Antimaterieteilchen wurde dafür in einer Spezialfalle in der Schwebe gehalten und kontrolliert. Dies ist ein wichtiger Durchbruch für die Suche nach dem Unterschied von Materie und Antimaterie, aber auch für die Überprüfung fundamentaler Naturkonstanten, wie das Team in „Nature“ berichtet.

Paper: Coherent spectroscopy with a single antiproton spin | PDF

Überhitztes Gold bleibt selbst bei 14-facher Schmelztemperatur kurzzeitig kristallin

Jenseits des Limits: Physiker haben Gold bis zum 14-Fachen seiner Schmelztemperatur erhitzt, ohne dass das Metall seine kristalline Struktur verlor – das galt bislang als unmöglich. Zwar können Feststoffe bei sehr schnellem Erhitzen kurze Zeit dem Schmelzen widerstehen. Aber das theoretische Limit für ein solches Überhitzen liegt bei etwa der dreifachen Schmelztemperatur. Warum Gold dieses thermodynamische Limit der „Entropie-Katastrophe“ so weit überschreiten kann, ist unklar. Ebenso, ob noch andere Materialien dies können, wie das Team in „Nature“ berichtet.

Paper: Superheating gold beyond the predicted entropy catastrophe threshold | PDF

Neuentwickeltes Hableitermaterial leitet Elektronen abhängig von ihrer Spinrichtung

Einbahnstraße für Elektronen: Physiker haben erstmals ein halbmetallisches 2D-Material hergestellt – eine ultradünne Legierung, die nur Elektronen einer bestimmten Spinrichtung leitet. Ob ein Elektron passieren kann, hängt von der Ausrichtung seines Spins ab. Zwar waren schon einige solcher spintronischer Halbleiter bekannt. Die jetzt entwickelte Eisen-Palladium-Legierung ist jedoch das erste 2D-Material, das diese für die Spintronik wertvollen Eigenschaften zeigt.

Paper: Exchange Engineering of a Two-Dimensional Half-Metal | PDF

Teilchenschleuniger LHC liefert ersten Beleg für Verbindung aus Top-Quarks und ihren Antiteilchen

„Unmögliche“ Entdeckung: Der Teilchenschleuniger LHC hat ein bisher als nicht beobachtbar geltendes Teilchen aufgespürt – das Toponium. Es besteht aus dem schwersten aller Elementarteilchen, dem Top-Quark, und seinem Antiteilchen. Beide galten bisher als zu kurzlebig, um eine nachweisbare Verbindung einzugehen. Doch jetzt haben gleich zwei Detektoren am Large Hadron Collider diese Kopplung von Top-Quark und Anti-Top-Quark nachgewiesen.

Paper: Observation of a cross-section enhancement near the $t\bar{t}$ production threshold in $\sqrt{s}=13$ TeV $pp$ collisions with the ATLAS detector | PDF

Paper: Observation of a pseudoscalar excess at the top quark pair production threshold | PDF

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Der Tête-de-Moine-Käse ist nicht nur geschmacklich, sondern auch physikalisch einzigartig. Mit einem speziellen Drehhobel, der Girolle, werden dünne, rosettenartige Späne abgeschabt, die sich in filigrane Rüschen legen. Diese Form verstärkt den Geschmack des Käses und verleiht ihm ein fluffiges Mundgefühl.

Die Rüschenbildung entsteht durch die unterschiedliche Härte des Käses: Das Innere ist weicher und wird stärker komprimiert, während der härtere Rand weniger stark komprimiert wird. Dadurch entsteht am Rand eine größere Spanoberfläche, die sich in die Höhe aufwölbt und Rüschen bildet. Die Temperatur spielt ebenfalls eine Rolle, wobei wärmerer Käse filigranere Strukturen ergibt.

Diese physikalischen Prinzipien sind nicht nur auf Käse anwendbar, sondern auch auf andere Materialien wie Metalle und Polymere. Ein einfaches Experiment mit Papier kann die Rüschenbildung veranschaulichen: Ein spiralförmig ausgeschnittener Papierstreifen kräuselt sich beim Aufhängen ähnlich wie die Käsespäne.

-- Zusammenfassung durch Le Chat - Mistral AI

Ringförmige Laserleiter auf einem Chip erzeugen maßgeschneidertes Infrarotlicht

Maßgeschneidertes Licht: Physiker haben einen Laser entwickelt, dessen Wellenlänge in einem breiten Bereich verstellbar ist, ohne dass dies zu Lasten der Präzision geht. Zudem passt der Halbleiter-Laser auf einen Mikrochip und lässt sich einfach herstellen. Der Clou des System ist sein modularer Aufbau: Mehrere zusammenschaltbare Ringleiter erlauben den störungsfreien Wechsel der Frequenz und Intensität, wie das Team berichtet.

Paper: Continuously and widely tunable semiconductor ring lasers | PDF

Silizium-Isotop mit 14 Protonen enthüllt weiteren stabilen Kernzustand

Blick in den Kern: Physiker haben eine neue „magische Zahl“ von Protonen im Atomkern identifiziert. Demnach sind auch Atomkerne mit 14 Protonen besonders stabil, wie Experimente mit dem Isotop Silizium-22 enthüllten. Dies bestätigt die Symmetrie zwischen Protonen und Neutronen bei den magischen Zahlen. Denn zuvor hatten Physiker die 14 bereits als Neutronen-magisch bei Sauerstoff-22 identifiziert, dem „Spiegelkern“ des Silizium-22. Warum bestimmte Anzahlen von Kernbausteinen stabiler sind, ist aber noch nicht vollständig geklärt.

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Quantenuhren mit optischen Frequenzübergängen versprechen eine neue Ära der ultrapräzisen Zeitmessung. Forscher haben sie nun erfolgreich auf Schiffen im offenen Ozean getestet.

Paper: Demonstration of a mobile optical clock ensemble at sea | PDF

Erster Nachweis des exotischen Materiezustands in einem dreidimensionalen Material

Nach 50 Jahren endlich belegt: Physiker haben erstmals eine Quanten-Spinflüssigkeit in einem dreidimensionalen Feststoff nachgewiesen. In diesem exotischen Zustand sind die magnetischen Spins der Atome zwar quantenphysikalisch verschränkt, bleiben aber ungeordnet – selbst knapp über dem absoluten Nullpunkt. Das Experiment belegt, dass die kristalline Verbindung Cer-Zirkon-Oxid die für diesen exotischen Materiezustand theoretisch vorhergesagten Merkmale zeigt [...]

Wasser verdunstet unter dem Einfluss von Sonnenstrahlung schneller als durch andere Formen des Erhitzens. Aber warum? Diese Frage haben Forschende nun geklärt. Schuld ist demnach nicht allein die Wärme, sondern auch das oszillierende elektrische Feld des Sonnenlichts. Es sorgt dafür, dass gleich ganze Gruppen von Wassermolekülen von der Wasseroberfläche abgetrennt werden und verdunsten. Das ist besonders effizient und lässt Wasser schneller verdampfen als beispielsweise beim Kochen.

Paper: Oscillations in incident electric field enhances interfacial water evaporation | PDF

Paper: unfrei, also kein Open Access | Was bedeutet Open Access?

Wüstenmineral Atacamit verändert seine Temperatur unter Magneteinfluss

Kühlung ohne Kältemittel: Ein in der Atacamawüste vorkommendes Mineral zeigt eine ungewöhnliche Reaktion auf starke Magnetfelder – der Kristall kühlt sich unter Magneteinfluss drastisch ab, wie Physiker entdeckt haben. Hinter diesem magnetokalorischen Effekt des Atacamits steckt eine spezielle Struktur im Kristallgitter. Materialien mit solchen „Sägezahnketten“ könnten daher ganz neue Ansätze der Kühlung ermöglichen, wie das Team in „Physical Review Letters“ berichtet.

Paper: Atacamite Cu2⁢Cl⁢(OH)3 in High Magnetic Fields: Quantum Criticality and Dimensional Reduction of a Sawtooth-Chain Compound | PDF

Wegen der besonderen Eigenschaften des quantenmechanischen Zustands könnte das System einmal die Navigation revolutionieren.

Pressemitteilung: New quantum navigation device uses atoms to measure acceleration in 3D

Paper: Vector atom accelerometry in an optical lattice | PDF

Ein Grundprinzip der Physik galt lange als unumstößlich: Wer Zeit präziser messen will, muss dafür Energie opfern - je präziser, desto mehr. Ein Forschungsteam aus Wien zeigt jetzt, dass es auch anders geht - mit einem Quantenuhren-Konzept, das einen Trick beherrscht.

Zusammenfassung

• Wiener Forschungsteam entwickelt revolutionäres Quantenuhren-Konzept
• Präzise Zeitmessung ohne entsprechend hohen Energieverbrauch möglich
• Neuartige Uhr nutzt kohärenten Vielkörpertransport statt klassischer Taktgeber
• Veröffentlichung in Nature Physics am 16. Juni 2025 mit wegweisenden Ergebnissen
• Supraleitende Schaltkreise mit Josephson-Kontakten bilden technologische Basis
• Energieverbrauch steigt nicht proportional zur Messgenauigkeit wie bisher
• Potenzielle Anwendungen in Quantenkontrolle und -kommunikation in Reichweite

Paper: Precision is not limited by the second law of thermodynamics | PDF

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Hexastickstoff (N6) ist das energiereichste jemals hergestellte Molekül und sollte eigentlich sofort zerfallen. Doch einem Team um Peter R. Schreiner von der Universität Gießen gelang es, das Molekül herzustellen und bei –196 Grad Celsius stabil zu lagern.

Der Schlüssel zur Stabilität von Hexastickstoff liegt in seiner Struktur aus zwei N3-Bausteinen, die als Azidogruppen bekannt sind. Diese Struktur ermöglicht es dem Molekül, bei extrem niedrigen Temperaturen stabil zu bleiben. Hexastickstoff enthält doppelt so viel Energie wie der stärkste bekannte Sprengstoff, Oktogen.

Hexastickstoff könnte als Basis für Hochenergiematerialien wie Raketentreibstoff oder als Energiespeicher dienen. Im Gegensatz zu Hydrazin ist es weder giftig noch aggressiv und zerfällt bei der Verbrennung in ungiftigen Distickstoff. Die Herausforderung besteht jedoch darin, die enthaltene Energie kontrolliert freizusetzen.

-- Zusammenfassung durch Le Chat - Mistral AI

Paper: Preparation of a neutral nitrogen allotrope hexanitrogen C2h-N6 | PDF

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Blasen auf einer Wasseroberfläche erzeugen kreuzförmige Lichtfiguren, die als Leonardo-Kreuz bekannt sind. Diese Effekte entstehen durch Lichtbrechung an den Menisken, die die Blasen umgeben. Leonardo da Vinci beobachtete dies bereits vor über 500 Jahren.

Ein Strohhalm, der die Wasseroberfläche durchdringt, erzeugt ähnliche Lichtfiguren, bekannt als Shadow-Sausage-Effekt. Dieser Effekt entsteht durch einen konkaven Meniskus, der das Licht bricht und auf den Boden lenkt.

Mit einem Laserpointer kann man die Lichtbrechung an den Menisken einer Blase nachvollziehen. Die Blase wirkt wie ein Hohlspiegel und erzeugt Brennlinien auf dem Boden. Zusätzlich können Interferenzeffekte und Totalreflexion weitere Lichtphänomene erzeugen.

-- Zusammenfassung durch Le Chat - Mistral AI

Wie Albert Einstein in einem Jahr unsere Welt auf den Kopf stellte

Am 9. Juni 1905 – vor 120 Jahren – veröffentlichte Albert Einstein den ersten von vier bahnbrechenden Fachartikeln des Jahres 1905. Sie revolutionierten das Weltbild der Physik und prägen unsere Sicht von Licht, Zeit und Raum bis heute. Doch wie kam es dazu? Und was war das Besondere an Einsteins Ideen?

• Ein „eidgenössischer Tintenscheißer“ - Der Auftakt: Einsteins Weg zum Wunderjahr
• Annus mirabilis - Einstein und der photoelektrische Effekt
• Das Rätsel der Pollenkörnchen - Einstein erklärt die Brownsche Molekularbewegung
• Die Zeit wird relativ - Einsteins erste Veröffentlichung der Speziellen Relativitätstheorie
• E = mc^2 - Einstein und die berühmteste Formel der Welt

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Alter Post zum Thema: Annus mirabilis - Albert Einsteins Wunderjahr 1905