Teilchen

Dieser Artikel befasst sich mit Teilchen in der Physik. Für weitere Bedeutungen siehe Teilchen (Begriffsklärung).

In der Physik bezeichnet man als Teilchen einen Körper, der klein gegenüber dem Maßstab des betrachteten Systems ist. Die innere Struktur eines einzelnen Teilchens spielt dabei keine Rolle, sondern lediglich sein Verhalten als Ganzes gegenüber anderen Teilchen oder äußeren Einflüssen. Oft werden die Teilchen dann als ausdehnungslose Punktteilchen (im Sinne von Punktmassen) aufgefasst. Teilchen sind ideale Objekte. In der Regel beschränkt man sich nur auf bestimmte Eigenschaften des realen physikalischen Objekts, wie die Masse oder die elektrische Ladung, um die Wechselwirkung zu studieren, die mit dieser Eigenschaft zusammenhängt. Je nach Betrachtungsweise kann also ein und dasselbe physikalische Objekt als Teilchen oder als System von Teilchen angesehen werden. Das gilt insbesondere für Atome, aber auch für Atomkerne und auch für die Protonen und Neutronen. Die nach derzeitigem Verständnis nicht mehr aus kleineren Bestandteilen zusammengesetzten Teilchen werden als Elementarteilchen bezeichnet und im Standardmodell der Elementarteilchenphysik beschrieben (siehe Standardmodell).

Das Wort Teilchen wird auch als Kurzwort für Elementarteilchen benutzt. Diese bedeuten einerseits „die kleinsten Bausteine der Materie“, die nicht wiederum aus kleineren Teilchen zusammengesetzt sind, andererseits bezogen auf „Austauschteilchen“ wie das Photon, welche die elementaren Kräfte vermitteln.

Überblick

In der Quantenmechanik wird ein Teilchen durch eine Wellenfunktion dargestellt, deren Amplitude die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Teilchens angibt (siehe Quantenmechanische Sichtweise).

In der Festkörperphysik redet man sowohl bei den Gitteratomen von Teilchen als auch bei den Wellen, mit denen sich deren Anregungen über einem Grundzustand ausbreiten. Dies führt dazu, dass dabei eine Vielzahl von Erscheinungen als Teilchen idealisiert werden, deren Verhalten so anschaulicher beschrieben werden kann: So werden in der quantenphysikalischen Beschreibung die Anregungen eines Kristallgitters als Teilchen aufgefasst, beispielsweise als Polaronen, Excitonen oder Phononen. Löcher in den ansonsten voll besetzten Energiebändern der Elektronen in einem Halbleiter weisen die Charakteristika von Teilchen auf und werden wie positiv geladene Teilchen behandelt.[1]

Verwandte Begriffe

Der Begriff Partikel ist im Allgemeinen nicht für Teilchen zu verwenden. In bestimmten Bereichen werden diese beiden Begriffe andererseits vollkommen synonym gebraucht:

  • Verbünde von wenigen Tausenden Atomen oder Molekülen werden synonym als Nanoteilchen oder Nanopartikel bezeichnet.
  • Die Bezeichnungen Partikeltherapie und Teilchentherapie werden synonym verwendet, obwohl die dabei eingesetzten Protonen und anderen Ionen in der Physik immer nur Teilchen genannt werden. Die in der Medizin hier verwendete Bezeichnung Partikel geht auf das englische particle zurück.

In der Hydrodynamik ist mit Teilchen manchmal ein Volumenelement des Fluids gemeint.[2] Dieses Teilchen ist zwar „klein“, aber makroskopisch, d. h., es enthält so viele Moleküle, dass ihm außer den mechanischen Eigenschaften Ort und Impuls auch Eigenschaften der Thermodynamik wie Druck, Temperatur und Entropie zugeschrieben werden können.

Die Bezeichnung Korpuskel für Teilchen ist veraltet. Sie tritt beispielsweise in der historischen Auseinandersetzung zwischen Korpuskeltheorie und Wellentheorie bei der Beschreibung des Lichts auf.[3]

Im µm-Bereich bewegt sich die Ausdehnung von Staubpartikeln.

Historischer Abriss

Im 5. Jahrhundert v. Chr. postulierte Demokrit, dass die Materie aus kleinsten, unteilbaren Einheiten zusammengesetzt ist.[4] Diesem Gedanken folgend verwendete John Dalton 1803 für die kleinsten, seiner Meinung nach untrennbaren Teilchen die Bezeichnung Atom (von altgriechisch ἄτομος átomos „nicht zerschneidbar, unteilbar“).

Atome als untrennbare Teilchen zu betrachten, ergibt in der Chemie durchaus Sinn. Sie werden als Objekte verwendet, von denen man als Eigenschaft zunächst nur die Massezahl betrachtet. Ordnet man sie nach der Massezahl (ohne dabei zu wissen, dass diese Ordnungszahl dabei gleichzeitig die Kernladungszahl ist!) und betrachtet die chemischen Eigenschaften der so sortierten Elemente, dann erhält man das Periodensystem.[5] Diese Einschränkung auf einzelne Eigenschaften ist durchaus wesentlich für alle Verwendungen des Begriffs Teilchen in der Physik.

Es dauerte von Daltons Zeit ein weiteres Jahrhundert (siehe den geschichtlichen Abriss unter Atom), bis Zweifel an dieser Unteilbarkeit der Atome aufkamen: Marie Curie erkannte, dass ein radioaktives Element in ein anderes übergehen kann; Ernest Rutherford konnte in seinem Streuexperiment zeigen, dass die mit Alphastrahlung beschossene Goldfolie weitgehend durchlässig ist. In der Betrachtung des Rutherford-Experiments werden sowohl die einfallenden Alpha-Teilchen als auch die im Gitter festsitzenden, positiv geladenen Atomkerne als Teilchen idealisiert (es könnten genauso geladene Billardkugeln sein), von denen man nur wenige Eigenschaften betrachtet: die Masse, die Ladung, den Durchmesser und die Geschwindigkeit. Es spielt bei diesem Experiment keine Rolle, ob die Atomkerne irgendeine weitere Struktur besitzen, oder ob sie aus weiteren, kleineren Teilchen zusammengesetzt sind. Diese wenigen Eigenschaften der betrachteten Teilchen reichen für die Beschreibung des Experiments und die theoretische Herleitung des Streumusters aus.[6]

Bei der Betrachtung des Bohrschen Atommodells sind die betrachteten Teilchen ein Elektron und ein Atomrumpf (bestehend aus dem Atomkern und möglicherweise weiteren Elektronen). Wiederum werden die Teilchen auf ihre wesentlichen Eigenschaften, Ladung und Masse, reduziert.

Otto Hahn, Lise Meitner und Fritz Straßmann gelang es nachzuweisen, dass bei Beschuss von Uran-Atomen mit Neutronen nicht nur durch Erhöhung der Massezahl Transurane (mit höherer Kernladungszahl) entstehen, wie man bis dahin annahm (siehe Enrico Fermi, 1934[7][8]), sondern manchmal eine Kernspaltung in mittelgroße Atomkerne stattfindet. Hier lässt sich der Kern nicht mehr als ein einzelnes Teilchen verstehen, sondern nur als aus Nukleonen, also Protonen und Neutronen zusammengesetzt. Weitere wichtige Teilchen in der Kernphysik sind Alpha-Teilchen, Elektronen und Neutrinos. Es stellt sich schnell die Frage, was denn die Protonen und Neutronen im Kern zusammenhält, da ja die Protonen alle positiv geladen sind und sich abstoßen müssten. Diese starke Wechselwirkung wird dadurch erklärt, dass man in der Quantenchromodynamik die Nukleonen jeweils als aus drei Quarks zusammengesetzt sieht, die von Gluonen (von englisch to glue „zusammenkleben“) zusammengehalten werden. Die Restwechselwirkung dieser Kraft außerhalb der Nukleonen hält diese ähnlich zusammen, wie die Van-der-Waals-Kräfte z. B. Wassermoleküle zusammenhalten.[9][10]

Subatomare Teilchen und Standardmodell

Hauptartikel: Standardmodell

Die Teilchenphysik unterscheidet zwischen den Materieteilchen und den Wechselwirkungsteilchen (Austauschteilchen), sowie bei den Materieteilchen zwischen den Elementarteilchen und den zusammengesetzten Teilchen.

Die Elementarteilchen werden durch das Standardmodell der Elementarteilchenphysik beschrieben. Da es sich bei diesem Modell um eine Quantenfeldtheorie handelt, werden hier die Teilchen als Feldquanten, d. h. als gequantelte Energiemengen von Feldern aufgefasst. Die Frage, ob die Teilchen oder die Felder letztlich das „Fundamentalere“ in der Natur sind, wird bis heute (2018) kontrovers diskutiert. Die meisten Physiker sind allerdings der quantenfeldtheoretischen Ansicht, dass es keine lokalisierten Teilchen gibt, sondern nur Felder (und deren Quanten, die räumlich so ausgedehnt sind wie das Feld selbst).[11]

Die elementaren Felder bzw. ihre Quanten gliedern sich im Standardmodell in drei Familien von Leptonen und drei Familien von Quarks. Die Leptonen (von griechisch λεπτος (leptos) „leicht, fein“) sind das Elektron und sein Neutrino, das Myon und sein Neutrino, sowie das Tau und sein Neutrino. Die Familien der Quarks werden mit up und down, charm und strange, sowie top und bottom bezeichnet.

Quarks können in der Natur nicht einzeln auftreten, was als Farb-Confinement bezeichnet wird (siehe hier). Vielmehr bilden sie immer zusammengesetzte Teilchen, die in Abgrenzung von den Leptonen als Hadronen (von griechisch ἁδρός, hadrós, „dick“) bezeichnet werden. Hadronen werden dabei in Mesonen (von griechisch μεσος mesos „Mittel-“) und in Baryonen (von griechisch βαρύς barys „schwer“) unterteilt. Mesonen bestehen aus einem Quark und einem Antiquark, Baryonen aus drei Quarks. Die bekanntesten Baryonen sind das Proton und das Neutron.

Bei den Austauschteilchen betrachtet das Standardmodell das Photon als das Austauschteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung. Es ist sehr eng mit den W-Bosonen und dem Z-Boson verwandt, die gemeinsam mit dem Photon die Austauschteilchen für die elektroschwache Wechselwirkung sind. Die Austauschteilchen für die starke Wechselwirkung sind die Gluonen.[12][13]

Von den vier Grundkräften der Physik fehlt dabei im Standardmodell die Gravitation und ihr Austauschteilchen, das Graviton. Die Ergebnisse des Standardmodells stimmen sehr gut mit Ergebnissen von Beschleunigerexperimenten überein. Jedoch ist es bisher nicht gelungen, denselben mathematischen Formalismus auch auf die Gravitation auszudehnen. Dies ist eine der großen offenen Fragen der Theoretischen Physik.[14]

Im Standardmodell erhalten die Teilchen durch Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld ihre Masse.

Quantenmechanische Sichtweise

Beim Übergang zur Quantenmechanik werden aus Teilchen Wellen, die ihre Aufenthaltswahrscheinlichkeiten beschreiben. Trifft z. B. Licht (oder ein Elektronenstrahl) auf einen Doppelspalt, so bildet diese Welle hinter dem Spalt ein Beugungsmuster. Auf einem Fotopapier (oder Schirm) wird das auftreffende Licht (der Elektronenstrahl) immer nur einzelne Punkte treffen. Erst im stochastischen Mittel vieler auftreffender Photonen (Elektronen) wird wieder das Beugungsmuster sichtbar. Diese gleichzeitige Interpretation als Welle und Teilchen wird als Welle-Teilchen-Dualismus bezeichnet.

Im Gegensatz zur Klassischen Mechanik, in der der Zustand des Teilchens durch Ort und Impuls festgelegt ist, können Ort und Impuls in der Quantenmechanik nie gleichzeitig genau gemessen werden (siehe Heisenbergsche Unschärferelation).

In Mehrteilchensystemen werden die Teilchen durch die Anwendung eines Erzeugungsoperators aus einem Vakuumzustand erzeugt. Solche Operatoren spielen insbesondere in der Quantenfeldtheorie eine Rolle. Zwischen den Anfangs- und Endzuständen physikalischer, wechselwirkender Teilchen können dabei virtuelle Teilchen entstehen und wieder verschwinden, die keiner Energie-Impuls-Beziehung genügen und deren Energie keine untere Schranke hat.

Der Teilchenbegriff in der Mathematischen Physik erstreckt sich von Zuständen in Hilbert-Räumen, auf denen man Algebren von Operatoren betrachtet, bis hin zu Wellen, bei denen beispielsweise ein bestimmtes Streuverhalten berechnet werden kann: hierzu zählen unter anderem Solitonen, bei denen es sich um nicht auseinanderlaufende Wellen handelt.[15]

Einzelnachweise

  1. Konrad Kopitzki: Einführung in die Festkörperphysik. Teubner, ISBN 3-519-13083-1.
  2. Michael Bestehorn: Hydrodynamik und Strukturbildung. Springer 2006, ISBN 3-540-33796-2, Fußnote auf Seite 13.
  3. Christian Gerthsen, Hans O. Kneser, Helmut Vogel: Physik. Springer, ISBN 3-540-16155-4, Kap. 16 Quantenmechanik.
  4. Sousanna-Maria Nikolaou: Die Atomlehre Demokrits und Platons Timaios. Eine vergleichende Untersuchung. Stuttgart 1998. ISBN 3-519-07661-6. Beiträge zur Altertumskunde, Band 112.
  5. C. Gerthsen, H. O. Kneser, H. Vogel: Physik. Springer, ISBN 3-540-16155-4, Kap. 12.6.1 Das Periodensystem der Elemente.
  6. C. Gerthsen, H. O. Kneser, H. Vogel: Physik. Springer, ISBN 3-540-16155-4, Kap. 13.1.2 Die Entdeckung des Atomkerns.
  7. Enrico Fermi: Possible production of element of atomic number higher than 92. In: Nature. Band 133, 1934, S. 898–899.
  8. C. Gerthsen, H. O. Kneser, H. Vogel: Physik. Springer, ISBN 3-540-16155-4, Kap. 13.1.6 Kernspaltung.
  9. Klaus Grotz und Hans V. Klapdor: Die schwache Wechselwirkung in Kern-, Teilchen- und Astrophysik. Teubner Studienbücher, ISBN 3-519-03035-7.
  10. Theo Mayer-Kuckuk: Kernphysik. Teubner Verlag, ISBN 3-519-13223-0.
  11. Art Hobson: Es gibt keine Teilchen, es gibt nur Felder. In: Am. J. Phys. Band 81, Nr. 3, S. 211–223, doi:10.1119/1.4789885 (moderne-physik.eu – english: There are no particles, there are only fields. 2013.).
  12. Harald Fritzsch: Elementarteilchen. Bausteine der Materie. C.H.Beck Verlag, ISBN 978-3-406-50846-2.
  13. Bogdan Povh, Klaus Rith, C. Scholz, F. Zetsche: Teilchen und Kerne. Springer Verlag, ISBN 978-3-540-68075-8.
  14. Lee Smolin: The Trouble with Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science, and What Comes Next. ISBN 0-618-91868-X.
  15. Philip. G. Drazin, Robin S. Johnson: Solitons. An Introduction. Cambridge University Press, ISBN 0-521-33389-X.

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Transportprozesse in Materie geben immer noch viele Rätsel auf.
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Teilchenphysik
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24.09.2020
Atomphysik | Teilchenphysik
Atombillard mit Röntgenstrahlen: Blick ins Innere von Molekülen
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15.09.2020
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Einzelphotonen vom Siliziumchip: Forschungsteam entwickelt neuartige Quelle für Quanten-Lichtteilchen
Die Quantentechnologie gilt als überaus zukunftsträchtig: Quantencomputer sollen in einigen Jahren Datenbanksuchen, KI-Systeme und Simulationsrechnungen revolutionieren.
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Astrophysik | Relativitätstheorie
Kosmische Katastrophe bestätigt Einsteins Relativitätstheorie
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Sanfter Wandkontakt – das passende Szenario für ein Fusionskraftwerk
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Doppelstern als kosmischer Teilchenbeschleuniger
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Quantenoptik
Unsichtbares sichtbar machen
Verschränkte Lichtteilchen lassen sich nutzen, um Bildgebungs- und Messverfahren zu verbessern.
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Quantenoptiker zwingen Lichtteilchen, sich wie Elektronen zu verhalten
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Doppelter Mini-Teilchenbeschleuniger mit Energie-Recycling
Ein DESY-Team hat einen zweistufigen Mini-Beschleuniger gebaut, der einen Teil der eingespeisten Laserenergie recycelt und damit die beschleunigten Teilchen ein zweites Mal anschiebt.
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Mit Ultraschall in die Quantenwelt
Die meisten Quantenexperimente werden heute mit Hilfe von Licht kontrolliert, so auch in der Nanomechanik, wo winzige Teilchen mit elektromagnetischen Feldern so stark abgekühlt werden, dass sie Quanteneigenschaften zeigen.
28.02.2020
Dem Rätsel der Materie auf der Spur
Forschende am Paul Scherrer Institut PSI haben eine Eigenschaft des Neutrons so genau wie noch nie vermessen.
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Physiker entwickeln extrem schnelles Simulationsverfahren um die zeitliche Entwicklung wechselwirkender Elektronen in der Vielteilchen-Quantendynamik vorherzusagen.
04.02.2020
Neues Quasiteilchen an der TU Wien entdeckt: Das Pi-ton
Eigentlich hatte man nach etwas ganz anderem gesucht, doch gefunden wurde ein bisher unbekanntes Quasiteilchen: Ein Bindungszustand aus zwei Elektronen, zwei Löchern und Licht.
03.02.2020
Wie die Natur ihre Formeln verrät
Eine Quanten-Beschreibung für ein Vielteilchensystem zu entwickeln ist kompliziert.
30.01.2020
Ein Quantum Festkörper
Forscher in Österreich bringen mithilfe eines Lasers ein Nanoteilchen aus Glas zum Schweben und kühlen es erstmals bis in das Quantenregime.
22.01.2020
Signale aus dem Erdinneren: Borexino-Experiment veröffentlicht neue Daten zu Geoneutrinos
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Borexino-Kollaboration haben neue Ergebnisse zur Messung von Neutrinos vorgelegt, die aus dem Innern der Erde stammen.
19.12.2019
Laser-Plasmabeschleuniger ohne Limits
HZDR-Physiker stellen Konzept für laserbasierte Elektronenbeschleuniger vor.
28.11.2019
KATRIN-Experiment begrenzt die Masse von Neutrinos auf unter 1 Elektronenvolt
Neutrinos spielen durch ihre kleine, aber von Null verschiedene Masse eine Schlüsselrolle in Kosmologie und Teilchenphysik.
20.11.2019
Kleine Teilchen, große Wirkung: Wie Nanoteilchen aus Graphen die Auflösung von Mikroskopen verbessern
Konventionelle Lichtmikroskope können Strukturen nicht mehr abbilden, wenn diese einen Abstand haben, der kleiner als etwa die Lichtwellenlänge ist.
19.11.2019
Atome hüpfen nicht gerne Seil
Nanooptische Fallen sind ein vielversprechender Baustein für Quantentechnologien.
16.09.2019
Neues Limit für Neutrinomasse
Neutrinos spielen durch ihre kleine, aber von Null verschiedene Ruhemasse eine Schlüsselrolle in Kosmologie und Teilchenphysik.
03.09.2019
Ein neues Alphabet zum Schreiben und Lesen von Quantennachrichten mit sehr schnellen Teilchen
Quanteninformation beruht auf der Möglichkeit, Nachrichten in ein Quantenteilchen zu schreiben und zuverlässig auszulesen.
29.08.2019
Quanteninternet nimmt Gestalt an
Ein Team um den Innsbrucker START-Preisträger Ben Lanyon hat erstmals ein mit Materie verschränktes Lichtteilchen über ein 50 Kilometer langes Glasfaserkabel übertragen.
23.08.2019
Licht-Materie-Wechselwirkung ohne Störeinflüsse
Bestimmte Halbleiterstrukturen, Quantenpunkte genannt, könnten die Basis für eine Quantenkommunikation darstellen.
13.08.2019
Schrödingers Katze mit 20 Qubits
Tot oder lebendig, linksdrehend oder rechtsdrehend – in der Quantenwelt können Teilchen wie die berühmte Analogie von
09.08.2019
800 Milliarden Grad Celsius: Temperaturen wie in Sternenkollisionen im Labor gemessen
Sie gehören zu den heißesten Momenten im kosmischen Geschehen: die Kollisionen von Neutronensternen im Universum, bei denen chemische Elemente gebildet werden.
12.07.2019
Künstliche Intelligenz löst Rätsel der Physik der Kondensierten Materie: Was ist die perfekte Quantentheorie?
Für einige Phänomene der Quanten-Vielteilchenphysik gibt es mehrere Theorien. Doch welche Theorie beschreibt ein quantenphysikalisches Phänomen am besten?
11.07.2019
Experimenteller Mini-Beschleuniger erreicht Rekordenergie
Ein DESY-Forschungsteam hat einen neuen Rekord für einen Miniatur-Teilchenbeschleuniger erzielt: Erstmals hat ein mit Terahertz-Strahlung betriebener Beschleuniger die Energie der injizierten Elektronen mehr als verdoppelt.
10.07.2019
Knobeln auf dem Quanten-Schachbrett
Physiker der Universität Innsbruck schlagen ein neues Modell vor, mit dem die Überlegenheit von Quantencomputern gegenüber klassischen Supercomputern bei der Lösung von Optimierungsaufgaben gezeigt werden könnte.
02.07.2019
Die Vermessung der Naturgesetze
Eine Naturkonstante mit großer Bedeutung für die Teilchenphysik konnte nun neu gemessen werden – mit deutlich höherer Präzision als bisher.
14.06.2019
Unsterbliche Quantenteilchen: Der Zyklus von Zerfall und Wiedergeburt
In der makroskopischen Welt ist der Zerfall unerbittlich: Zerbrochene Gegenstände fügen sich nicht von selbst wieder zusammen.
13.06.2019
Lasertrick liefert energiereiche Terahertz-Blitze
Auf dem Weg zu neuartigen, kompakten Teilchenbeschleunigern hat ein Forscherteam von DESY und der Universität Hamburg einen wichtigen Meilenstein erreicht: Mit ultrastarken Laserpulsen ist es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern gelungen, besonders energiereiche Blitze im Terahertz-Bereich zu erzeugen, die eine scharf definierte Wellenlänge besitzen.
12.06.2019
Laserblitze für polarisierte Elektronen- und Positronenstrahlen
Simulationsrechnungen zeigen neue Verfahren zur effizienten Polarisation: Physiker des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg haben neuartige Methoden zur Erzeugung relativistischer spinpolarisierter Elektronen- und Positronenstrahlen vorgestellt.
05.06.2019
Magnetismus im Erdmantel entdeckt
Das riesige Magnetfeld, das die Erde umgibt, sie vor Strahlen und geladenen Teilchen aus dem All schützt und an dem sich viele Tiere sogar orientieren können, ist in ständigem Wandel – weshalb es auch unter ständiger Beobachtung von Geowissenschaftlern ist.
22.05.2019
Drei Exo-Kometen um den Stern Beta Pictoris entdeckt
An der Universität Innsbruck wurde durch die Auswertung von Daten aus der aktuellen NASA-Mission TESS eine sensationelle Entdeckung gemacht.
15.05.2019
Quanten-Cloud-Computing mit Selbstcheck
Mit einem Quanten-Coprozessor in der Cloud stoßen Innsbrucker Physiker die Tür zur Simulation von bisher kaum lösbaren Fragestellungen in der Chemie, Materialforschung oder Hochenergiephysik weit auf.
09.05.2019
Schneller rechnen mit Quasi-Teilchen
Auf dem Weg zu topologischen Quantencomputern ist Physikern der Universität Würzburg ein wichtiger Fortschritt gelungen.
07.05.2019
Neuartiges Material zeigt auch neue Quasiteilchen
Forschende des PSI haben ein neuartiges kristallines Material untersucht, das bislang nie gesehene elektronische Eigenschaften zeigt.
03.05.2019
Erster Nachweis von Antimateriewellen mit Interferenz-Experiment
Einer internationalen Forschungskooperation unter Beteiligung der Universität Bern ist erstmals anhand eines sogenannten Interferenz-Experiments der Beweis gelungen, dass sich Antimaterie-Teilchen nicht nur wie Teilchen, sondern auch wie Wellen verhalten können.
03.05.2019
Quantensensor für Lichtteilchen
Ein Photodetektor wandelt Licht in ein elektrisches Signal um, das Licht geht dabei verloren.
24.04.2019
Forscher beobachten langsamsten je gemessenen Atomzerfall
Eigentlich soll der XENON1T-Detektor tief im Untergrund Teilchen der Dunklen Materie aufspüren.
18.04.2019
Quantenwelt: Zufall hilft beim Messen
Durch zufällig gewählte Messungen können Innsbrucker Physiker die Quantenverschränkung von Vielteilchensystemen bestimmen.
12.04.2019
Quantensimulator stabiler als erwartet
Ein Lokalisierungsphänomen macht digitale Quantensimulationen von Quanten-Vielteilchenproblemen überraschend robust.
28.02.2019
Interview mit Dr. E. Stenson über die sensiblen Antiteilchen der Elektronen: Positronen in der Falle
Erstmals ist es Wissenschaftlern der Technischen Universität München (TUM) und des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) gelungen, verlustfrei Positronen in einen Magnetfeldkäfig zu bringen.
27.02.2019
Neue Studie könnte Verteilung der Dunklen Materie in Galaxien erklären
Dunkle-Materie-Teilchen können sich nur dann aneinander streuen, wenn sie die richtige Energie haben.
29.01.2019
Quantenoptik | Teilchenphysik
Physiker erzeugen neue Materieform
Unter Mitwirkung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften gelang es am japanischen Teilchenbeschleunigerzentrum J-PARC erstmals eine neue Form von Materie mit Anti-Kaonen nachzuweisen.
24.01.2019
Quantenoptik | Teilchenphysik
Wie der Teilchenstrahl seine Struktur bekommt
Die Behandlung von Tumoren mit Protonen gilt als sehr vielversprechend.
17.12.2018
Festkörperphysik
Träge Miniroboter fliegen aus der Kurve
Forscher der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) nutzen einfache, angetriebene Miniroboter, um die Bewegung kleiner aktiver Teilchen wie Bakterien in einem Medium zu studieren.
13.11.2018
Festkörperphysik
Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt
Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Materialeigenschaften liefern.
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.
25.10.2018
Astrophysik | Teilchenphysik
Blick in die Sonne aus den Tiefen des Gran-Sasso-Massivs: Borexino berichtet über solare Neutrinos
Borexino-Experiment veröffentlicht Forschungsergebnisse über die „Geisterteilchen“ von der Sonne im Fachmagazin Nature.
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.
22.10.2018
Astrophysik | Teilchenphysik
Den Urknall im Labor nachahmen
Auch wenn wir die Ereignisse während der Entstehung des Weltraums wohl nie direkt nachahmen können, stehen die Chancen gut, vergleichbare Vorgänge im Labor zu simulieren.
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.
20.09.2018
Quantenphysik | Thermodynamik
Kernphysiker stellen Beobachtungen zum quantenchromodynamischen Phasenübergang vor
Dies ist eine gemeinsame Pressemitteilung der Universitäten Münster und Heidelberg sowie des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt.
18.09.2018
Plasmaphysik | Quantenoptik
Extrem klein und schnell: Laser zündet heißes Plasma
Feuert man Lichtpulse aus einer extrem starken Laseranlage auf Materialproben, reißt das elektrische Feld des Lichts die Elektronen von den Atomkernen ab.
30.08.2018
Teilchenphysik
Higgs-Teilchen reagiert auch mit „unserer“ Materie
Der ATLAS-Kollaboration ist es nun am Forschungszentrum CERN in der Schweiz gelungen, den Zerfall des Higgs-Teilchens in bottom-Quarks zweifelsfrei nachzuweisen.
29.08.2018
Plasmaphysik | Teilchenphysik
Erfolg für Teilchenbeschleuniger der Zukunft: Elektronen reiten Plasmawelle
Physikern könnte sich bald eine neue Tür zu den Geheimnissen des Universums öffnen.
15.08.2018
Teilchenphysik
Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie
Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen.
31.07.2018
Quantenphysik | Teilchenphysik
Licht ins Dunkel der Vielteilchenverschränkung
Die Quantenverschränkung von zwei Teilchen ist heute gut verstanden.
12.07.2018
Astrophysik | Teilchenphysik
Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen
Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen.
12.07.2018
Astrophysik | Teilchenphysik
Durchbruch bei der Fahndung nach Teilchenbeschleunigern im Weltall
Mit einer international angelegten astronomischen Ringfahndung haben Forscher erstmals eine Quelle hochenergetischer kosmischer Neutrinos geortet, geisterhafter Elementarteilchen, die Milliarden Lichtjahre durch das Weltall reisen und dabei mühelos Sterne, Planeten und ganze Galaxien durchqueren.
06.07.2018
Teilchenphysik
Teilchenphysiker der TU Dresden an Entdeckung neuer Quarks-Wechselwirkungen beteiligt
Teilchenphysiker der TU Dresden und internationale Forschungskollegen haben eine äußerst seltene Wechselwirkung zwischen Quarks entdeckt, die man mit winzigen Lichtschwertern vergleichen kann.
04.07.2018
Plasmaphysik | Teilchenphysik
IPP-Teststand ELISE erreicht erstes ITER-Ziel
Neutralteilchenheizung für ITER / Strahl schneller Wasserstoff-Teilchen für die Plasmaheizung.
28.06.2018
Astrophysik | Biophysik
Komplexe organische Moleküle auf dem Saturnmond Enceladus
Der Saturnmond Enceladus verbirgt unter seiner Eiskruste einen globalen Ozean aus flüssigem Wasser.
27.06.2018
Teilchenphysik | Thermodynamik
Studie erlaubt Einblick in Physik des Higgs-Teilchens
Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, ein supraleitendes Gas in einen exotischen Zustand zu versetzen.
26.06.2018
Teilchenphysik
Higgs-Boson verhält sich wie theoretisch vorhergesagt
Das Higgs-Boson interagiert mit Materie-Teilchen genauso, wie es die Theorie vorhersagt.
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.
21.06.2018
Elektrodynamik | Teilchenphysik
Wärmestrahlung bei kleinsten Teilchen
Wissenschaftlern aus Greifswald und Heidelberg ist es gelungen, zeitaufgelöste Messungen der inneren Energieverteilung gespeicherter Clusteranionen durchzuführen.
12.06.2018
Sterne | Astrophysik | Teilchenphysik
Die wahre Macht des Sonnenwinds
Elektrisch geladene Teilchen von der Sonne schlagen mit großer Wucht auf Monden und Planeten ein.
07.06.2018
Teilchenphysik
Neue Wege in die „Terra incognita“ der Nuklidkarte
Hochpräzise Massenmessungen an neutronenreichen Chromisotopen: Ein wichtiger Schritt zur Erforschung bisher unbekannter Atomkerne ist Physikern des MPI für Kernphysik und der Universität Greifswald in einer internationalen Kollaboration am CERN gelungen.
05.06.2018
Teilchenphysik
Neue Reaktionen des Higgs-Bosons entdeckt
Freiburger Arbeitsgruppe leistet wichtige Beiträge zur Arbeit am Europäischen Forschungszentrum für Elementarteilchenphysik.
04.06.2018
Teilchenphysik
Wissenschaftler beobachten Kopplung des Higgs-Bosons an Top-Quarks
Vor ziemlich genau sechs Jahren wurde am CERN das Higgs-Boson entdeckt, das für die Masse anderer Elementarteilchen zuständig ist.
16.05.2018
Optik | Teilchenphysik
Positronen leuchten besser
Leuchtstoffe werden schon lange benutzt, im Alltag zum Beispiel im Bildschirm von Fernsehgeräten oder in PC-Monitoren, in der Wissenschaft zum Untersuchen von Plasmen, Teilchen- oder Antiteilchenstrahlen.
15.05.2018
Quantenphysik
Erklärung für rätselhafte Quantenoszillationen gefunden
Sogenannte Quanten-Vielteilchen-„Scars“ lassen Quantensysteme länger außerhalb des Gleichgewichtszustandes verweilen.
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.
03.04.2018
Teilchenphysik
Ein „Schweizer Taschenmesser“ für Elektronenstrahlen - vier Geräte in einem
Forscher bei DESY haben einen Mini-Teilchenbeschleuniger gebaut, der auf Knopfdruck vier verschiedene Funktionen ausführen kann.
23.03.2018
Teilchenphysik
Japanischer Teilchenbeschleuniger SuperKEKB startet durch
Warum gibt es im Universum so viel mehr Matrie als Antimaterie?
26.02.2018
Quantenphysik
Quanten-Boten kommunizieren doppelt so schnell
Nicht einmal Licht kann sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
15.11.2017
Astrophysik | Teilchenphysik
Noch keine Spur von Dunkler Materie
Eine Art von hypothetischen Elementarteilchen, aus denen die Dunkle Materie bestehen könnte, sind die sogenannten Axionen.
02.11.2017
Teilchenphysik
Teilchendiffusion funktioniert anders als bisher angenommen
Der Physiker Peter Hänggi und seine Gruppe am Augsburger Lehrstuhl für Theoretische Physik I berichten in PNAS über die erstmals gelungene Quantifizierung hydrodynamischer Effekte beim Partikeltransport.
17.08.2017
Astrophysik | Teilchenphysik
Mögliche Erklärung für die Dominanz der Materie über Antimaterie im Universum
Neutrinos und Antineutrinos – auch Geisterteilchen genannt, weil sie schwierig nachzuweisen sind – können sich ineinander umwandeln.
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.
03.07.2017
Teilchenphysik
Physiker beobachten erstmals einzelne Zusammenstöße von Atomen bei Diffusion
Unter Diffusion versteht die Forschung einen Vorgang, bei dem sich kleinste Teilchen in einem Gas oder einer Flüssigkeit gleichmäßig ausbreiten.
30.06.2017
Festkörperphysik
Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen
Großes Potenzial für Anwendungen in der gezielten Pharmakotherapie und zur Herstellung maßgeschneiderter Nanoteilchen.
30.06.2017
Satelliten | Teilchenphysik
Die Erschaffung des bisher komplexesten virtuellen Kosmos
Forschende der Universität Zürich haben mit einem Hochleistungsrechner die Entwicklung des Weltalls simuliert.
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“.
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.
24.04.2015
Quantenphysik
Quantenphysik – heiß und kalt zugleich
Eine Wolke aus Quantenteilchen kann mehrere Temperaturen gleichzeitig aufweisen.