Physik

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1924 aufgestellt, 2024 widerlegt: Chemiker haben eine Abweichung von der in vielen Chemie-Lehrbüchern stehenden Bredtschen Regel gefunden. Demnach gibt es doch stabile Doppelring-Kohlenwasserstoffe, die eine Doppelbindung an ihrem sogenannten „Brückenkopf“-Atom tragen – einem Atom zwischen den beiden Ringen. Möglich wird dieser Regelverstoß durch spezielle Reaktionswege und Helfer-Moleküle [...]

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

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Zusammenfassung durch ChatGPT:

In den 1930er Jahren entdeckte der Linguist George Kingsley Zipf ein Muster, das als Zipfsches Gesetz bekannt wurde: Häufig verwendete kurze Wörter tauchen viel häufiger auf als längere, seltenere Wörter. Dieses Gesetz ist sprachübergreifend anwendbar und beschreibt, dass das häufigste Wort etwa doppelt so oft vorkommt wie das zweithäufigste usw.

Forscher um Andrei Constantin von der Universität Oxford haben dieses Gesetz nun auch bei mathematischen Symbolen in physikalischen Formeln gefunden. Sie analysierten Formeln aus den Feynman Lectures on Physics, einer Wikipedia-Seite über wissenschaftliche Gleichungen und der Encyclopaedia Inflationaris. Indem sie mathematische Symbole wie Wörter behandelten, zeigte sich ein Zipfsches Gesetz auch in den Formeln: Häufig benutzte Symbole wie Variablen für Ort und Zeit erscheinen oft, gefolgt von Multiplikation und Zahlen. Dieses Muster galt für die untersuchten Formeln, wenn auch mit leichten Unterschieden zwischen den Quellen.

Überraschend war, dass selbst seltenere Funktionen wie Exponential- und trigonometrische Funktionen diesem Gesetz folgen. Die Ursache dieses universellen Musters ist laut den Forschern unklar. Es könnte kulturelle Wurzeln haben oder auf tieferliegende physikalische Prinzipien hinweisen – womöglich auf ein „Gesetz über die physikalischen Gesetze“ selbst.

Paper: Statistical Patterns in the Equations of Physics and the Emergence of a Meta-Law of Nature | PDF

Neue Einblicke: Physiker haben die genaue 3D-Struktur von Skyrmionen kartiert – winzigen Magnetwirbeln in Feststoffen, die als vielversprechende Basis für eine künftige „Spintronik“ gelten. Ihre Mikro-Röntgendurchleuchtung enthüllte erstmals, wie die einzelnen atomaren Spins in den Skyrmionen ausgerichtet sind und wie sie sich mit Höhe und Breite der Magnetwirbel verändern. Dies ebnet den Weg zur Produktion maßgeschneiderter Skyrmionen – beispielsweise für Quantenspeicher und Quantencomputer der Zukunft.

Paper: Quantifying the topology of magnetic skyrmions in three dimensions | PDF

Gekoppelte Schwergewichte: Physiker haben erstmals die Verschränkung von zwei Top-Quarks nachgewiesen – den schwersten bekannten Elementarteilchen. Die im Teilchenbeschleuniger LHC beobachtete Kopplung der Top-Quarks ist der erste Beleg dafür, dass Quarks sich überhaupt verschränken können. Gleichzeitig ist dies die Verschränkung mit der höchsten je bei diesem quantenphysikalischen Phänomen nachgewiesenen Energie, wie das Team in „Nature“ berichtet.

Paper:

• Observation of quantum entanglement with top quarks at the ATLAS detector | PDF
• Measurements of polarization and spin correlation and observation of entanglement in top quark pairs using lepton+jets events from proton-proton collisions at s√ = 13 TeV | PDF

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Mit einem Docht kann man Flüssigkeit elegant zwischen Behältern umfüllen. Dabei strömt sie sogar ein Stück aufwärts, wie bei einem klassischen Siphon mit festen Wänden. Beim weichen Docht umhüllt eine Wasserhaut die Fasern und wirkt wie ein starres Rohr.

Was die schweren "Brüder" des Elektrons über unsere Welt verraten

• Was sind Myonen? - Strahlung, Einstein und die Zeitdehnung
• Mehr Durchblick mit kosmischen Teilchen - Myonen durchleuchten Vulkane, Tunnel und Co
• Streuung statt Absorption - Die Myonen-Tomografie und ihre Einsatzzwecke
• Pyramiden, Gräber und noch mehr - Myonen-Bildgebung in der Archäologie
• Mysteriöse Diskrepanzen - Myonen rütteln an den Grundlagen der Physik

Auf einer Seite lesen: Myonen - Fenster ins Verborgene

Materiebaustein mit Geheimnissen: Schon seit gut 30 Jahren rätseln Physiker über unerklärte Diskrepanzen bei der Lebensdauer freier Neutronen – jetzt könnten sie den Grund gefunden haben. Demnach könnte das Neutron einen noch unentdeckten angeregten Zustand besitzen, in dem es ein wenig länger stabil bleibt als im Grundzustand. Das würde erklären, warum Messungen mit frischen, potenziell noch angeregten Neutronen längere Lebensdauern ermittelt haben als andere Methoden. Doch wie ließe sich dies nachweisen?

Paper: Exciting hint toward the solution of the neutron lifetime puzzle | PDF

Neuer Rekord: Physiker haben einen Laser entwickelt, der die bisher stärksten ultrakurzen Laserpulse erzeugen kann – seine Leistung übertrifft den bisherigen Rekord um rund 50 Prozent. Der neuartige Laseroszillator erreicht Spitzenleistungen von 100 Megawatt bei regelmäßigen Pulsraten von 5,5 Megahertz, wie das Team berichtet. Das Besondere zudem: Die hohe Pulsleistung wird nicht durch nachträgliche Verstärkung erreicht, sondern durch Komponenten im Laser selbst.

Paper: Ultrafast 550-W average-power thin-disk laser oscillator | PDF (captcha)

Ein Heise-Kommentator hat dazu noch dieses Video verlinkt: Why It Was Almost Impossible to Make the Blue LED

Quantenmechanik trifft Zeitmessung: Physiker haben Atome so manipuliert, dass sie genauer und schneller „ticken“ als gängige optische Atomuhren. Möglich wird dies mithilfe der quantenphysikalischen Verschränkung und „Schrödingers Katze“ – dem Zustand der Überlagerung. Im Experiment erreichten verschränkte Strontium-Atome dadurch eine Frequenz-Stabilität jenseits des bisherigen Quantenlimits [...]. Das könnte in Zukunft eine schnellere und präzisere Zeitmessung ermöglichen.

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Wissenschaftlicher Hintergrund (PDF): Nobel Prize in Physics awarded to John Hopfield and Geoffrey Hinton

Weiterer Artikel zum Thema:

• scinexx: Physik-Nobelpreis für KI-Pioniere

Bis zu fünf Meter groß und tiefviolett: Die Amethyst-Geoden aus dem Norden Uruguays sind weltberühmt. Doch unter welchen Bedingungen diese einzigartigen Edelsteine entstanden sind, haben Geologen erst jetzt herausgefunden. Demnach kristallisierte diese violette Variante des Quarz bei ungewöhnlich niedrigen Temperaturen aus. Anders als gedacht bildeten sich die kristallgefüllten Hohlräume zudem erst nach Ende des Vulkanismus in dieser Region.

Paper: World-class amethyst-agate geodes from Los Catalanes, Northern Uruguay: genetic implications from fluid inclusions and stable isotopes | PDF

Neuartiges Phänomen: Gewitter erzeugen nicht nur Blitze – ihre Wolken glühen und brodeln auch im Gammastrahlen-Bereich, wie Flüge mit einem umgebauten Spionageflugzeug enthüllen. Das für unsere Augen unsichtbare flackernde Gammaglühen kann sich Stunden hinweg und tausende Quadratkilometer erstrecken. Diese Gammastrahlen-Emission unterscheidet sich jedoch von den schon bekannten Gammablitzen solcher Gewitter, wie Forschende in „Nature“ berichten. Wie aber entsteht dieses neuartige Phänomen?

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Zusammenfassung unterstützt von ChatGPT:

Tachyonen sind hypothetische Teilchen, die sich schneller als das Licht bewegen könnten und seit Jahren Gegenstand physikalischer Diskussionen sind. Obwohl sie aufgrund paradoxer Eigenschaften wie negativer Energie, imaginärer Masse und der Verletzung von Kausalität und Symmetrie lange als reine Science-Fiction galten, zeigen physikalische Theorien, dass ihre Existenz zumindest theoretisch nicht ausgeschlossen ist.

Die spezielle Relativitätstheorie lässt Tachyonen theoretisch zu, obwohl sie nicht in die symmetrischen Gesetze des Universums passen. Frühere Versuche, Tachyonen in die Quantenfeldtheorie zu integrieren, scheiterten aufgrund logischer Widersprüche. Ein neuer Ansatz, basierend auf dem Zwei-Zustands-Formalismus könnte diese Probleme beheben. Durch eine Verdopplung des Zustandsraums und die gleichzeitige Berücksichtigung von Anfangs- und Endzuständen eines Systems, könnten Tachyonen in Einklang mit den Gesetzen der speziellen Relativitätstheorie gebracht werden.

Diese mathematische Lösung bedeutet, dass Tachyonen theoretisch möglich sind, auch wenn sie bislang nicht experimentell nachgewiesen wurden. Physiker hoffen nun, dass zukünftige Entdeckungen diese faszinierenden Teilchen sichtbar machen könnten.

Es werde Licht: LEDs sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Diese Leuchtdioden basieren auf chemischen Substanzen, die unter Strom Licht aussenden. Wie das genau funktioniert, wie moderne LEDs aufgebaut sind und was OLEDs von LEDs unterscheidet, erklärt der Chemiker Markus Suta in unserem Video.

Video: 2024 09 05 HHU Leuchtende Stoffe 03 - Dauer: 8 min

It has been thought of as many things: a pointlike object, an excitation of a field, a speck of pure math that has cut into reality. But never has physicists’ conception of a particle changed more than it is changing now.

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Nach fast 100 Jahren bewiesen: Chemiker haben erstmals eine zuvor nur theoretisch postulierte Bindungsform beim Kohlenstoff erzeugt und nachgewiesen – die Einzel-Elektronbindung. Bei dieser Sonderform der kovalenten Bindung teilen sich zwei benachbarte Kohlenstoffatome nicht wie üblich ein Elektronenpaar, sondern nur ein einzelnes Elektron. Weil diese Bindung entsprechend schwächer und instabil ist, konnte sie nie zuvor beobachtet werden. Doch jetzt ist dies gelungen [...]

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