Es ist eine der schnellsten Kameras der Welt: Einer Forschungsgruppe der Universität Kassel sind Aufnahmen von Kristallschwingungen von unter einer billionstel Sekunde Dauer gelungen. Die Physikerinnen und Physiker arbeiteten dafür nicht mit Licht, sondern mit Elektronen. Die Ergebnisse wurden jetzt in einem renommierten Fachjournal veröffentlicht. (more…)
Entstehung über einen Zwischenschritt aus einem vorläufigen Aggregat
Um die Struktur von Proteinen zum Beispiel bei der Wirkstoffsuche in der Arzneimittelforschung präzise zu bestimmen, benötigen Wissenschaftler diese in Form von Kristallen. Doch das Züchten von Proteinkristallen ist keine Routineangelegenheit, sondern häufig der sprichwörtliche Flaschenhals bei den Untersuchungen. Daher haben Andrea Sauter, Fajun Zhang und Professor Frank Schreiber vom Institut für Angewandte Physik der Universität Tübingen nun in Zusammenarbeit mit Kollegen aus Oxford und Grenoble einen wichtigen Schritt in der Keimbildung und dem Wachstum von Proteinkristallen beobachtet. Anders als bei der klassischen Theorie, nach der sich von Beginn an ein Keim in der endgültigen Form des Kristalls bildet, haben die Forscher einen Zwischenschritt bei der Kristallbildung beobachtet. Sie können nun die Dynamik der Proteinkristallisation genauer beschreiben, als dies bisher möglich war. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Physiker in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society. (more…)
Symmetrie spielt in der Physik eine wichtige Rolle. Auch in der Quantenphysik wurde Symmetrie beim Spin von Atomen erwartet und nun erstmals von US-Forschern gemeinsam mit Quantenphysikern aus Innsbruck nachgewiesen. Die Ergebnisse wurden kürzlich in Science Express publiziert.
In mehreren Bereichen spielen Symmetrien in der Physik eine wichtige Rolle – so verhalten sich etwa Antimaterie und Materie trotz ihrer umgekehrten Ladungen von Positronen und Elektronen gleich. In der Quantenphysik wurde beim Spin (Drehimpuls) von Atomen ebenfalls Symmetrie erwartet, konnte bisher aber nicht nachgewiesen werden. Nun gelang es US-Forschern erstmals, diese Spin-Symmetrie und ihre Auswirkungen zu belegen, wie sie nun in Science Express beschreiben. An diesem Nachweis waren auch Prof. Peter Zoller und Dr. Christina Kraus von der Universität Innsbruck und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften beteiligt. (more…)
Schon im Vorjahr hatten Gregor Weihs und sein Team an der Universität Innsbruck demonstriert, wie man in Quantenpunkten gezielt einzelne Photonenpaare erzeugen kann. Im Fachmagazin Nature Communications berichten sie nun, wie sich diese Photonenpaare zeitlich miteinander verschränken lassen.
Die Quantenkommunikation über globale Glasfasernetzwerke ist auf verlässliche Träger für Quanteninformation angewiesen. Dafür werden gut kontrollierbare Photonenquellen benötigt. Forscher aus aller Welt arbeiten derzeit an entsprechenden Lösungen. Heute gängige Quellen aus Halbleiterkristallen erzeugen die Lichtteilchen relativ unkontrolliert, auch sind die bisher verwendeten Einzelphotonenquellen mit hohem technischem Aufwand verbunden. Die von Forschern der Universität Innsbruck verwendete Methode zu Erzeugung von Photonenpaaren in Quantenpunkten ist demgegenüber sehr gut kontrollierbar und deutlich weniger aufwändig. (more…)
Mit den Efimov-Zuständen wiesen Physiker um Rudolf Grimm vor einigen Jahren ein bis dahin nur theoretisch bekanntes Phänomen erstmals im Experiment nach. Nun haben sie in einem ultrakalten Quantengas auch einen zweiten solchen Bindungszustand von drei Teilchen gemessen und damit den experimentellen Nachweis für die Periodizität dieses universellen physikalischen Phänomens erbracht.
Vor acht Jahren haben Wissenschaftler um Rudolf Grimm in einem ultrakalten Quantengas weltweit erstmals einen sogenannten Efimov-Zustand beobachtet. Diesen Dreikörperzustand hatte der Russe Vitali Efimov Anfang der 1970er-Jahre theoretisch vorhergesagt. Unter Ausnutzung der quantenmechanischen Eigenschaften vereinen sich dabei drei Teilchen zu einem Objekt, obwohl sie paarweise zu keiner Verbindung imstande sind. Noch erstaunlicher: Vergrößert man die Entfernung zwischen den Teilchen jeweils um den Faktor 22,7, nehmen die Teilchen laut Efimov erneut solche Zustände ein. Bis heute ist es aber nicht gelungen, die Periodizität dieses Phänomens und die Richtigkeit des von Efimov berechneten Faktors auch tatsächlich messtechnisch zu überprüfen. „Es hat viele Hinweise gegeben, dass die Teilchen immer wieder solche Dreikörperzustände einnehmen, wenn man die Entfernung um eben diesen Faktor vergrößert“, sagt Rudolf Grimm vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. „Der Nachweis war messtechnisch eine große Herausforderung, uns ist er nun aber gelungen.“ (more…)
Mit Hilfe eines Tricks ist es Physikern aus Kassel und Japan gelungen, die Bewegung von Atomen in Bismut quasi zu filmen und zu manipulieren – ein Zwischenschritt zur Entwicklung ultraschneller Schalter auf atomarer Skala.
Seit langem träumen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler davon, die Bewegung von Atomen in Materialien in Echtzeit mit Hilfe von Licht zu visualisieren und zu kontrollieren. Wäre man in der Lage, gezielt die Atome eines Materials in bestimmte vorprogrammierte Richtungen zu verschieben, so könnte man ultraschnelle Schalter auf atomarer Skala herstellen. (more…)
