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:: 4.10.06 ::
Hintergründiger Nobelpreis
Die beiden Amerikaner John C. Mather von der NASA und George F. Smoot von der Berkeley haben den diesjährigen Nobelpreis in Physik gekriegt. Das wirklich bahnbrechende an ihren Arbeiten war, daß sie die kosmische Hintergrundsttrahlung - das Restglühen des Urknalls, mit dem Satelliten COBE so genau vermessen haben, daß erstmals Unregelmäßigkeiten in der ansonsten perfekten Schwarzkörperstrahlung, erkannt werden konnten. Diese kleinen Unregelmäßigkeiten sind der Nachhall der Unregelmäßigkeiten, die zur Bildung der ersten Galaxien im Weltall führten.
Technorati: Wissenschaftler
[Wissenschaftler]
:: Peter 14:08 :: link :: (0) comments ::
...
Nützliche Nanoteilchen
Wozu Nanoteilchen alles nütze sein können. Forscher des Curie-Instituts in Paris haben mit Halbleiter-Nanoteilchen ein Protein (Kinesin) markiert und in einem Fluoreszenz-Mikroskop den Weg des Proteins in einer lebenden Zelle verfolgt. Giovanni Cappello und Mitarbeiter konnten dabei schön beobachten, wie das Motorproteinen Kinesin innerhalb der Mikrotuboli schnurstracks geradeaus wanderte und ausserhalb einen Randomwalk machte.
( Nano Lett. doi:10.1021/nl060921t (2006))
[Nano ...]
:: Peter 19:07 :: link ::
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Es werde Licht
Nach der (langen) Sommerpause geht's weiter.
Und gleich mit einem Physik-Nobelpreis für eine deutschen:
Theodor W. Hänsch, vom MPI für Quantenoptik in Garching bei München, hat einen viertel Preis für Präzissionsmessungen von Atomorbitalen gekriegt. Ein weiteres Viertel geht an John L. Hall vom NIST (National Institute of Standards and Technology). Die beiden haben die Genauigkeit von Frequenz-Messungen an Atomen erheblich gesteigert. Unter anderem durch die Entwicklung der sogenannten Kamm-Technik zur Frequenzbestimmung.
Die andere Hälfte des Preises ging an Roy J. Glauber von Harvard für die Entwicklung der Quantentheorie der otpischen Kohärenz.
[Wissenschaftler]
:: Peter 13:00 :: link ::
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Ein schwarzer Tag für die Physik.
:: Peter 01:15 :: link ::
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Wasserstoff-Anti-Wasserstoff
Anti-Wasserstoffatome - d.h. Atome mit einem Positron (also einem Anti-Elektron) und einem Anti-Proton als Atomkern - können mittlerweile in größerer Zahl hergestellt werden. Naheliegende Frage: Was passiert, wenn ein Anti-Wasserstoffatom einem normalen Wasserstoffatom begegnet? Klar ist, daß recht schnell die Teilchen und die Anti-Teilchen sich gegenseitig vernichten. Aber vorher könnte ja ein Wasserstoff-Antiwasserstoff Molekül entstehen. Theoretische Physiker aus Frankfurt haben aber nun ausgerechnet, daß das leider nicht passiert. Wenn Wasserstoff und Antiwasserstoff sich nahe kommen, ziehen sich das Proton und das Anti-Proton an und bilden ein gebundenen Zustand. Das Elektron und das Positron bleiben übrig, und bilden auch eine Bindung aus - ein Positronium entsteht. Also keine Molekül, sondern nur zwei mal zwei gebundene Teilchen. Die Rechnungen zeigen aber auch, daß es nicht unmöglich ist, daß Atome und Antiatome Bindungen eingehen. Allerdings müssen die Massen der beiden Atome das richtige Verhältnis haben. (Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 223402)
[Chemische Physik]
:: Peter 23:03 :: link ::
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Jack Kilby ist gestorben
Einer der Erfinder der Integrierten Schaltkreise (IC), Jack Kilby, ist am Montag im Alter von 81 Jahren gestorben. Der erste Integrierte Schaltkreis war noch weit von den heutigen Hochleistungschips - wie den CPUs - entfernt. Er bestand gerade mal aus einem Transistor, einem Kondensator und drei Widerständen. Nicht viel, aber dieser Anfang hat seiner Firma, wo er angestellt war, Texas Instruments, viel Geld beschert. Im Jahr 2000 hat Kilby für die Entwicklung der ICs die Hälfte des Physiknobelpreises gekriegt.
[Wissenschaftler]
:: Peter 23:21 :: link ::
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Hammerhart
Stahl ist hammerhart - ein Schwert wird erst gut, wenn man auf ihm rumhämmert. Bei Glas passiert das nicht unbedingt. Nun gibt es eine Materialklasse, die seit einiger Zeit aufsehen erregt - die metallischen Gläser. Das sind metallische Legierungen, bei denen die Atome ungeordnet sind, wie bei Glas - diese Legierungen sind amorph. Die Vorteile von solchen metallischen Gläsern sind leichte Formbarkeit, elektrische Leitfähigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit, Härte und oft Korrosionsbeständigkeit. Nur leider sind sie leider - wie Glas - eher spröde. Forscher aus China und Darmstadt haben nun zum ersten mal ein metallisches Glas hergestellt, das wie Stahl durch mechanische Spannung - also Belastung - härter wird. D.h. es geht auch nicht so leicht kaputt. Ein weiterer Schritt, der metallische Gläser zu einem der Hightech-Materialien der Zukunft macht.
Eine anderes metallisches Glas haben Forscher ebenfalls aus China hergestellt, das schon bei knapp 70° C weich wird. Bisher mußten hohe Temperaturen erzeugt werden, um die metallischen Gläser so weich zu machen, das man sie gut formen kann. Nun geht das auch bei viel niedrigeren Temperaturen - ein echtes amorphes metallisches Plastik.(Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 205501 , Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 205502 )
[Materialwissenschaft]
:: Peter 22:16 :: link ::
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Exotische Atome
Mit exotischen Atomen sind nicht exotische Elemente, wie Praesodym, Dysprosium oder Thulium, sondern Atome in denen die Elektronen durch andere - schwerere - negativ geladene Teilchen ersetzt werden. Forscher in Italien haben die Eigenschaften eines Atoms aus einem Proton und einem negativ geladenen Kaon untersucht. Abgesehen vom Erstaunen darüber, was man so alles zusammenbauen kann, sind die Forschungsergebnisse vor allem deshalb wichtig, weil man darüber über die Wechselwirkung von Protonen mit Kaonen viel lernen kann. Kaonen sind eins der Schlüsselteilchen zum Verständnis, warum es mehr Materie als Antimaterie gibt. Die Forscher haben - ganz wie bei normalen Atomen - die Protonen die negativ geladenen Teilchen einfangen lassen und das entstehende Licht aufgefangen. Nur daß hier das Licht Röntgenstrahlung ist. Die starke Wechselwirkung zwischen Kaon und Proton führt zu einer Verschiebung und Verbreiterung des untersten Energieniveaus und das konnte nun sehr genau vermessen werden.
Mehr noch, andere Forscher am gleichen Institut haben darüber hinaus Hinweise dafür gefunden, daß sie Moleküle aus zwei Protonen und einem Kaon erzeugt haben. Alles sehr exotisch. (Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 212302, Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 212303)
[Grundlegendes]
:: Peter 22:56 :: link ::
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Komischer Sauerstoff
Sauerstoff kennt man als lebenswichtiges Gas. Bei extrem hohen Drücken wird fester Sauerstoff metallisch und supraleitend. Bei normalen Drücken ist fester Sauerstoff antiferromagnetisch. D.h. die Elementarmagnete (hier die Sauerstoffmoleküle) sind paarweise antiparallel angeordnet. Sauerstoff ist also magnetisch, nur die typischen Magnetkräfte gibt es nicht. Man hatte schon lange vermutet, daß fester Sauerstoff bei hohen Drücken seinen Magnetismus verliert. Ein französischer Physiker hat mit Neutronenstreuung nun wirklich direkt festgestellt, daß fester Sauerstoff bei 80 000 Atmosphären einen Phasenübergang zu einem nichtmagnetischen Isolator macht. Wichtig sind solche Ergebnisse, weil damit theoretische Modelle überprüft werden können, die Anwendung in der Planetenforschung finden, da sich in Gasplaneten, wie z.B. Jupiter, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff unter hohen Drücken befindet. (Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 205701)
[Magnetismus]
:: Peter 23:38 :: link ::
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Langzeitbatterie
In Batterien besteht ein Ungleichgewicht in den Ladungen. Im Minuspol sind zu viele Elektronen, im Pluspol fehlen sie. Bei einem bestimmten Prozeß werden ganz natürlich, ohne jeden Energieaufwand, Elektronen von den positiven Ladungen getrennt: Beim radioaktiven Beta-Zerfall. Dabei entstehen schnelle Elektronen - die Beta-Teilchen. Zwar ist auf der Erde eine radioaktive Batterie vielleicht nicht so ideal, bei Satelliten bzw. Raumsonden ist das aber toll, weil die Batterien jahrzehntelang halten. Das Problem war bisher, daß die Elektronen einfach verschwanden. Ein Team von der Universität Rochester, New York, hat es nun geschafft, mit einem radioaktiven Gas in durchlöchertem Silizium, die Ausbeute an eingefangenen Elektronen so zu erhöhen, daß man Batterien mit einer niedrigen Leistung, aber mit einer langen Lebensdauer bauen kann. Die Betavoltaik wird also erwachsen. (Adv. Mater. 17 (2005)1230)
[Neuentwicklungen]
:: Peter 22:37 :: link ::
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Diamanten selbst gemacht
Künstliche Diamanten kann man schon länger machen. Es ist aber wirklich beeindruckend, wie groß und gut diese Diamanten geworden sind. Forscher am Geophysikalischen Labor der Carnegie Institution in Washington haben es geschafft, einen 10 Karat Diamanten zu wachsen und zwar einmal ziemlich schnell und dann noch farblos. Geschafft haben sie das mit der chemischen Gasphasenabscheidung. Dabei werden mit Hilfe eines Trägergases die Kohlenstoffatome Stück für Stück auf den wachsenden Kristall abgelegt. Die Forscher glauben, daß man mit dieser Methode farblose Diamanten in Edelsteinqualität mit einem Gewicht von bis zu 300 Karat wachsen kann.
[Materialwissenschaft]
:: Peter 22:26 :: link ::
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Quark-Quark-Gluon
Mesonen sind Elementarteilchen, die aus zwei Quarks bestehen. Aus drei Quarks sind Baryonen - wie Proton und Neutron - aufgebaut. Eine ganz neue Sorte von Mesonen hat man jetzt vielleicht in Japan entdeckt. Zu den zwei Quarks kommt noch ein Gluon. Gluonen sind Teilchen, die sonst nur als Wechselwirkungsteilchen in Mesonen und Baryonen auftauchten - sozusagen als Leim. Dort entstehen und vergehen sie laufend. Glueballs hat man wahrscheinlich ja nun auch entdeckt - Glueballs sie sind ein Haufen von Gluonen. Ein einzelnes Gluon stabil in einem Meson - das ist neu.
Langsam gibt es im Teilchenzoo also wieder Bewegung. Neue Teilchen werden entdeckt an denen Theorien getestet und weiterentwickelt werden können.(Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 182002)
[Grundlegendes]
:: Peter 22:50 :: link ::
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Sandhaufenphysik
An sich glaubt man ja nicht, daß ein Sandhaufen interessante Physik liefern könnte. Dennoch sind Sandhaufen für Überraschungen gut. Ein merkwürdiges Phänomen ist zum Beispiel, daß der Druck in manchen Sandhaufen nicht unter der Spitze am größten ist, sondern außerhalb der Mitte, näher am Rand. Die Frage ist demnach: Wie breiten sich Kräfte in Sandhaufen aus? Eine Möglichkeit ist, daß die Kräfte sich gleichmäßig ausbreiten - sozusagen diffundieren. Dann wäre unter der Spitze des Sandhaufens der Druck am größten. Oder die Kräfte werden an den Seiten - quasi wellenförmig - abgeleitet, so daß im Inneren der Druck kleiner ist. Israelische Physiker haben Modellrechnungen gemacht, bei dem sie alle wichtigen Parameter variiert haben, wie die Reibung der Sandkörner, die Größe der Körner und die Größe des Sandhaufens. Das Ergebnis ist, daß neben der Reibung die Größe des Sandhaufens entscheidend ist. In der Mitte ist der Druck nur bei kleinen Sandhaufen nicht am höchsten. Das ist ganz beruhigend, denn es war schon vermutet worden, daß man die Sandphysik neu schreiben muß. Denn Kräfte, die in Sandhaufen an den Seiten abgeleitet werden, waren bisher meist nicht berücksichtigt worden. (Nature 435 (2005) 188)
[Mechanik]
:: Peter 22:44 :: link ::
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Komische Gläser
Gläser - wie auch das normale Fensterglas - sind erstarrte Flüssigkeiten. So ist jedenfalls das gängige Bild. In Flüssigkeiten sind die Atome nicht wie in Festkörpern gleichmäßig angeordnet, sondern sie sind fast völlig durcheinander geraten. Nur die nächsten Nachbarn der Atome sind noch in etwa die, wie im Festkörper auch.
Französische und britische Physiker haben nun raffinierte Untersuchungen an zwei Gläsern mit Neutronen gemacht: an ZnCl2 und GeSe2. Das eine ist ein Ionenverbindung, das andere eine kovalente Verbindung. Die Ergebnisse der Messungen sind, daß in Gläsern mehr Ordnung herrscht, als vermutet. Es gibt demnach zunächst die Nahordnung der nächsten Nachbarn. Die tritt in Flüssigkeiten ja auch auf. Bei größeren Entfernungen tritt auch wieder Ordnung auf, die war aber schon bekannt und nicht weiter verwunderlich. Das es aber bei mittleren Entfernungen auch noch Ordnung gibt, ist schon eher erstaunlich. Bemerkenswert ist, daß die Ordnung bei den beiden Verbindungen fast identisch ist - und das obwohl Gläser doch notorisch ungeordnet sind. Denn ungeordnet sind die Gläser immer noch - nur gibt es eben doch in dem Durcheinander von Atomen mehr Ordnung als bisher vermutet. (Nature 435 (2005) 75)
[Materialwissenschaft]
:: Peter 22:28 :: link ::
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Nichts - mit hoher Genauigkeit
Vor zwei Jahren wurde die Pentaquark-Teilchen entdeckt. Naja, man glaubte das wenigstens, als japanische Forscher ihre Entdeckung bekannt gaben. Bis dahin waren nur Teilchen mit drei Quarks bekannt - Neutron und Proton zu Beispiel - und Teilchen mit zwei Quarks, die sogenannten Mesonen. An sich gibt es erstmal kein Argument, warum Teilchen mit fünf Quarks nicht existieren könnten. Andererseits gibt es aber auch keine Theorie, die sie vorhersagt. In mittlerweile 12 Experimenten wurden die Pentaquark-Teilchen von verschiedenen Forschergruppen gefunden. Nun haben Forscher in den USA lange und intensiv versucht, die Ergebnisse zu bestätigen - jedoch ohne Erfolg. Damit gibt es jetzt 17 Experimente, bei denen nichts gesehen wurde - und das mit hoher Genauigkeit. Nun erhebt sich natürlich die Frage, warum man in Japan etwas sieht, was man in den USA nicht sehen kann. Entweder haben einige Forscher ihre Daten über-interpretiert, d.h. einfach schlecht ausgewertet oder die unterschiedlichen Methoden, um die Pentaquark-Teilchen herzustellen, haben wider erwarten einen starken Einfluß auf die Erzeugungswahrscheinlichkeit. Und das müßte dann aber erstmal theoretisch erklärt werden.
[Grundlegendes]
:: Peter 22:59 :: link ::
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Fusion auf dem Wohnzimmertisch
Die kalte Kernfusion scheint ja doch eher eine wissenschaftliche Ente gewesen zu sein. Kernfusion auf dem Labortisch, ohne großen Reaktor oder Beschleuniger, geht aber doch. Das haben Physiker von der UCLA in Los Angeles gezeigt. Sie haben eine raffinierte, kleine Anordnung benutzt, um eine Spannung von 100 kV zu erzeugen. Herzstück ist ein LiTaO3-Kristall. LiTaO3 ist pyroelektrisch. D.h., wenn es erwärmt wird, baut sich zwischen den Seitenflächen des Kristall eine elektrische Spannung auf. Wenn man es richtig macht, kann die Spannung, wie in dem Experiment der amerikanischen Forscher, 100 kV betragen. Mit dieser Spannung können Deuterium-Atome (schwerer Wasserstoff) zuerst ionisiert und dann beschleunigt werden. Dann werden sie auf ein deuteriumhaltiges Ziel gelenkt. Dort findet eine Fusion von Deuteriumkernen statt, was sich durch die Entstehung von schnellen Neutronen bemerkbar macht. Zur Energieerzeugung ist diese Anordnung zwar kaum geeignet, allerdings stellt sie eine einfache Neutronenquelle dar, auch wenn die Ausbeute mit 800 Neutronen pro Sekunde doch noch sehr bescheiden ist.(Nature 434 (2005) 1115)
[Kernphysik]
:: Peter 22:50 :: link ::
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Atmosphären-Detektor
Im Januar 2000 war Tom Jordan, vom pädagogischen Büro des Fermilab, gerade auf dem Rückweg von einer Konferenz in San Diego, wo er gerade seinen neuen Detektor für kosmische Strahlung Lehrern vorgestellt hatte. Jordan fuhr zum Flughafen um einen Nachtflug zurück nach Chicago zu nehmen. Jordan kam durch den Metalldetektor genauso wie auch in Chicago beim Hinflug. Nur das Röntgenbild des Kartons, in dem Jordan seinen Detektor für kosmische Strahlen transportierte, erregte die Aufmerksamkeit der Sicherheitsbeamte. "Ich überlegte eine Minute lang, wie ich denn nun erklären sollte, was in dem Karton ist.", sagte Jordan. " Ich erklärte dann, daß das ein Detektor für subatomare Teilchen sei, die sich durch die Atmossphäre bewegen. Jordan zeigte den Beamten die beiden Plastik-Szintillationszähler, die Photomultiplier und die Auslese-Elektronik. "Dann hat der Wachmann seinen Chef angerufen und ihm gesagt, daß hier jemand sei, der einen Atmosphärendetektor in das Flugzeug bringen wollte. Ich habe ihn aber nicht korrigiert. Schließlich wollte ich nach Hause. (Symmetry 2(3) (2005) p.6)
[Nicht ganz ernst]
:: Peter 22:18 :: link ::
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Neues vom Quark-Gluon-Plasma
Physiker vom CERN haben im Jahr 2000 behauptet, ein Quark-Gluon-Plasma (QGP) gefunden zu haben. Ein Quark-Gluon-Plasma ist ein neuer Zustand der Materie. Die Teilchen aus denen Protonen und Neutronen aufgebaut sind - die Quarks - und die Wechselwirkungsteilchen, die die Quarks und die Atomkerne zusammen hält - die Gluonen, bilden dabei einen furchtbar heißen Brei. Es gab aber doch recht große Zweifel, ob man im CERN tatsächlich genug Hinweise für das QGP gefunden hat. In Brookhaven hat man dann 2003 neue deutlichere Hinweise auf das QGP gesehen. Allerdings waren die Ergebnisse nicht sehr gut mit denen verträglich, die man am CERN gesehen hatte. Nun sind in Brookhaven neue Experimente gemacht worden, bei denen sich zeigte, daß sie anscheinend tatsächlich ein QGP gesehen haben. Es scheint aber weniger gasförmig zu sein, vielmehr scheint es eine fast perfekte Flüssigkeit zu sein. Und fast noch wichtiger, die neuen Experimente stehen im Einklang mit den früheren Ergebnissen aus Brookhaven - aber auch denen vom CERN. (Brahms, Phobos, Star and Phenix Collaborations, Nucl. Phys. A, eingereicht)
[Kernphysik]
:: Peter 21:34 :: link ::
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Zwei Nickel
Neben Eisen ist das bekannteste (ferro-)magnetische Element Nickel. Wie alle Metalle hat auch Nickel eine feste Anordnung der Atome - eine Kristallstruktur. Das Kristallgitter von Nickel besteht aus Würfeln, an deren Ecken die Nickelatome sitzen. Zusätzlich gibt es noch auf den Seitenflächen des Würfels jeweils ein Atom (das ist dann ein sogenanntes fcc-Gitter, d.h. face-centered-cubic). Nur in die Mitte will aber kein Nickelatom sitzen. Chinesischen Wissenschaftlern ist es nun aber gelungen, in die Mitte Nickelatome zu bringen. Allerdings ist dann auf den Seitenflächen kein Platz mehr. Das nennt man dann bcc-Gitter (body-centered-cubic). Eisen kristallisiert genau in der bcc-Struktur. Bleibt die Frage: Ist das neue Nickel - vom dem die Forscher aber nur hauchdünne Schichten auf einem Galliumarsenid-Substrat herstellen konnten - magnetisch? Es ist! Allerdinsg scheinen die magnetischen Eigenschaften gänzlich anders zu sein. Jedenfalls ist das eine weitere gute Möglichkeit, um theoretische Vorhersagen und Berechnungen im schwierigen Bereich des Magnetismus mit Experimenten vergleichen zu können. (Phys. Rev. Lett. 94 (2003) 137210)
[Materialwissenschaft]
:: Peter 21:47 :: link ::
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Goldherstellung
Gold wird hauptsächlich in Supernovae hergestellt. Dabei werden in schneller Folge Neutronen an leichtere Kerne angelagert (der sogenannte R-Prozeß). Durch Zerfälle der so entstehenden neutronenreichen Kerne und weitere Neutronenanlagerungen entstehen dann die ganzen schweren Kerne - und eben auch Goldatomkerne.
Eine Schlüsselstellung nimmt dabei der Zerfall von Nickel-78 ein. Dieser Kern hat fast doppelt so viele Neutronen wie Protonen. Dennoch ist er ziemlich stabil (er ist nämlich doppelt magisch). Auf der Erde ist er schwer herzustellen. In der GSI in Darmstadt hatte man gerade mal geschafft, drei solcher Kerne herzustellen. Ein amerikanisch-deutsches Forscherteam hat nun doch etwas mehr Nickel-78 Kerne hergestellt und konnten so die Halbwertszeit bestimmen. Die Überraschung war, daß die Halbwertszeit mit 0,11 Sekunden nur ein viertel so lang war, wie theoretisch vorhergesagt. Das heißt aber, daß die Entstehung der schweren Kerne in Supernovae schneller abläuft als bisher gedacht.(Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 112501 )
[Kernphysik]
:: Peter 22:16 :: link ::
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