11.09.2015
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In der vierten Folge der Reihe "Anthropozän" befasst sich Harald Lesch mit der Frage, wie sich auf dem Planeten Erde die Voraussetzungen für die Entstehung des Lebens gebildet haben: Atmosphäre und Wasser.

28.08.2015
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Seit hundert Jahren gewinnen wir immer mehr Erkenntnisse darüber, dass das Universum expandiert. Ist es in einem Urknall entstanden? Hatte die Welt einen Anfang? Harald Lesch zu einer der ureigensten Fragen der Wissenschaft.

07.08.2015
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In der Welt des Allerkleinsten gelten die Gesetze der Quantenmechanik. Warum treten diese Phänomene in unserer makroskopischen Welt kaum in Erscheinung? Warum sehen wir nicht fortwährend Quantenfluktuationen entstehen und vergehen? Warum können wir Wände oder andere Barrieren nicht durchtunneln? Warum sind Zustände in unserer vertrauten Welt klar festgelegt und nicht eine Mischung/Überlagerung aus vielen Möglichkeiten? Insbesondere die letzte Fragestellung hat Erwin Schrödinger plakativ in einem berühmten Gedankenexperiment veranschaulicht:

Ein instabiles Atom befindet sich quantenmechanisch in einem überlagerten/gemischten Zustand aus "Kern ist noch stabil" und "Kern ist bereits zerfallen". Von diesem Zustand könnte nun - durch geeignete Versuchsanordnung - auch das Schicksal eines makroskopischen Lebewesens abhängen, z.B. durch einen "atomaren" Schalter, der beim Zerfall des Atoms ein Gift freisetzt in einen Behälter mit einer Katze. Nachdem der atomare Schalter sich bis zum Meßprozess in einem gemischten Zustand befindet, befindet sich damit auch die Katze in einem gemischten Zustand aus "Katze lebt noch" und "Kathe ist tod"?

Allein die Tatsache, dass sich die Phänomene unseres täglichen Lebens in einer dichten Verteilung von Molekülen abspielen, die wir Luft nennen, führt zu fortwährenden Wechselwirkungen, wodurch die reinen Zustände - sog. kohärente gemischte Zustände - in eindeutige, dekohärente überführt werden. Auch die Interferenzmuster im Doppelspaltexperiment verschwinden, wenn man den Versuch oberhalb einer Grenztemperatur (typischerweise etwa 600 Grad Celsius) durchführt und die Wechselwirkungsrate mit den Photonen damit erhöht.  Aber wie wären die Effekte in einem idealen Vakuum, frei von Molekülen und frei von jedweder Strahlung?

Eine Forschergruppe um Caslav Brukner (Universität Wien / Institut für Quantenoptik und Quanteninformation) spürte dieser Frage nach und gelangte zu einer höchst interessanten Schlußfolgerung: Die Zeitdilatation der Allgemeinen Relativitätstheorie könnte auch beim Übergang zur klassischen Physik eine Rolle spielen.

Die Gravitation und damit die Auswirkungen der Allgemeinen Relativitätstheorie nehmen mit dem Abstand zur Masse (die das Gravitationsfeld mit verursacht) ab. Auf dem Mount Everest vergeht somit die Zeit ein wenig schneller als beim Sonnenbad am Meer. Selbst zwischen zwei Stockwerken eines Gebäudes kann dieser winzige Unterschied in der Zeitdilatation noch nachgewiesen werden. Treibt man den Effekt nun auf die Spitze, so würde jedes zusammengesetzte Objekt, beispielsweise ein Molekül, mit einem Ende eine minimal stärkere Gravitation verspüren als am anderen und in Folge Prozesse an einem Ende des Moleküls ein wenig langsamer ablaufen als am anderen.

Auch die Prozesse der Quantenmechanik können sich dem nicht entziehen. Die Unbestimmtheit des Ortes bedingt beispielsweise ein stetiges "Zittern", das sich somit an der Seite eines quanetenmechanischen Objektes, die der Erdoberfläche zugewandt ist, langsamer vollzieht als gegenüber. Berechnungen zeigen, dass dieser Unterschied bereits für einen Wechsel zur Dekohärenz ausreichen könnte. Der experimentelle Nachweis steht noch aus, wie lange beispielsweise Objekte im Doppelspaltexperiment der Gravitation ausgesetzt werden müssen, bis das Interferenzbild verschwindet.

 

Illustration eines Molekuels c Igor Pikovski Harvard Smithsonian Center for Astrophysics

(Copyright: Igor Pikovski, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysic).

Link zur Originalpublikation: http://www.nature.com/nphys/journal/v11/n8/full/nphys3366.html

In unserer Videodatenbank finden Sie einen Beitrag von Harald Lesch zum Thema "Schrödingers Katze und die Dekohärenz" - viel Vergnügen!
 

26.07.2015
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Die letzten Wochen wurde ja schwer gerungen zur Rettung der Gläubiger, die Griechenland Geld geliehen haben. Da mag Herr Tsipras während des Verhandlungsmarathons des öfteren mal in den Himmel geschaut haben mit einem Stoßgebet: „Mann, wir bräuchten einen riesen Batzen Geld, oder besser noch Gold oder am besten gleich Platin!“

Hätte er mal einen Astronomen gefragt - immerhin gings ja auch um astronomische Summen. Tatsächlich war die Rettung näher als erwartet, genauer gesagt nur 2,4 Millionen Kilometer entfernt, also in rund 6-facher Monddistanz. Mit der unscheinbaren Bezeichnung 2011 UW-158 rauschte nämlich am 19. Juli ein etwa 600 x 300 Meter großer Asteroid mit 80.000 km/h an uns vorbei, der es im wahrsten Sinne des Wortes in sich hat. Sein Kern besteht vermutlich aus Platin – Schätzungen belaufen sich auf 100 Millionen Tonnen, das entspricht einem irdischen Wert von ungefähr 4 Billiarden Euro. Damit ließe sich schon die ein oder andere Finanzkrise abwenden…

Da müssen wir uns natürlich die Frage gefallen lassen, warum setzen wir Lander auf Kometen in großer Entfernung ab, wenn in nächster Nähe viel lohnendere Ziele vorbeisegeln? Lachen Sie nicht – das wird ernsthaft diskutiert. Neben Platin sollen auch Gold, Nickel, Eisenerz und andere, sich ständig verknappende Rohstoffschätze nach den Vorstellungen von Commodity-Investoren zukünftig auf Asteroiden gehoben werden. Katalogisiert werden die aussichtsreichsten Kandidaten bereits. Hoffen wir, dass uns nicht zwischenzeitlich einer davon auf den Kopf fällt und sich das Problem anderweitig erledigt.

In drei Jahren fliegt übrigens die nächste kosmische Schatztruhe an uns vorbei und bietet uns eine neue Chance. Dann wird voraussichtlich auch das 3. Hilfspaket für Griechenland auslaufen…

Josef M. Gaßner (26. Juli 2015)

23.07.2015
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Die Geschichte beginnt wie so oft mit einem Doktoranden, der mit einer eher lästigen Aufgabe betraut wird: Finde und beseitige störendes Rauschen bei Meßsignalen. Nathan Jurik (Amerikaner) mag sich also gedacht haben: "Die Suche nach Rauschen kann nie schaden, immerhin hat sich schon mal den Nobelpreis eingebracht (Penzias/Wilson)." Tatsächlich stieß er auf merkwürdige Signale im Rauschen von Zerfallsprozessen, die sich als sog. exotische Teilchen erwiesen. Darunter versteht man Teilchen, die sich weder aus zwei Quarks (Mesonen), noch aus drei Quarks (Baryonen) zusammensetzen. Das Standardmodell erlaubt solche exotischen Hadronen, solange bestimmte Symmetrien, beispielsweise die Farbladung, eingehalten werden. Bei einem Tetraquark (bestehend aus 4 Quarks) sollten beispielsweise gleich viele Quarks wie Antiquarks auftreten. Nachgewiesen wurden diese Teilchen bereits letztes Jahr in Form von Z(4430)-, besehend aus charm, anti-charm, down und anti-up, wobei die Zahl in Klammern die Masse in MeV/c^2 angibt und das "-" am Ende für negative Ladung steht.

Vor einer Woche haben die Kollegen am LHCb nun den Nachweis zweier kurzlebiger Pentaquarks veröffentlicht: PC(4450)+ und PC(4380)+. Der Nachweis gelang in den alten Daten von 2009 - 2012, bei Schwerpunktenergien von 7 und 8 TeV.

Die Signifikanz ist mit 9 Standardabweichungen durchaus beeindruckend. Die statistischen und systematischen Fehler bei der Massenbestimmung betragen 4449,8 ±1,7 ±2,5 MeV und 4380 ±8 ±29 MeV bei gemessenen Zerfallsbreiten von 39 ±5 ±19 MeV und 205 ±18 ±86 MeV.

Im nächsten Schritt wird es interessant sein zu sehen, ob Pentaquarks aus 5 gebundenen Quark bestehen oder aus einer Verbindung aus quark/anti-quark und 3 Quarks, also einem sich sehr nahe stehendem Konstrukt aus zwei Gebilden. Vielleicht erfahren wir dadurch auch Neues über die Bindung der Quarks in Neutronen und Protonen.

Weil ich öfters zur physikalischen Relevanz des Nachweises gefragt werde: Vergeichbar mit dem Nachweis von Higgsteilchen, Susyteilchen oder Dunkler Materie sind die Multiquarks natürlich nicht. Auf einer Skala von unbedeutend bis sensationell würde ich sie mal bei "nett" einstufen.

In jedem Fall dürfte die Doktorarbeit von Nathan Jurik eine sehr interessante Wendung genommen haben - jetzt fällt sein Name in einem Atemzug mit Murray Gell-Mann, der die Multiquarks bereits vor 50 Jahren theoretisch prognostiziert hatte.

Neben den Multiquarks erlaubt das Standardmodell auch sog. "Hybride" und "Glueballs", aber das nur am Rande - es steht uns also noch einiges bevor.

Die Orignalpublikation stelle ich zur vertiefenden Lektüre in den Downloadbereich.

Josef M. Gaßner, 23. Juli 2015

 

 

31.07.2015
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Kollegen der Uni Lissabon haben eine besonders helle Galaxie beobachtet bei einer Rotverschiebung von 6,6, das entspricht etwa 800 Mio. Jahre nach dem Urknall. Das besondere daran: In den Spektren wurden keine schweren Elemente entdeckt, es könnte sich also um Population-III-Sterne handeln.Seit langem wird nach dieser ersten Sterngeneration gefahndet, ihr Nachweis wäre eine Sensation.

Die Galaxie wurde CR7 genannt für Cosmic Redshift 7. CR7 beinhaltet rötlichere und bläulichere Sternhaufen, das passt zur Theorie, wonach Population-III-Sterne in Wellen gebildet wurden. Fehlende Kühlprozesse führen bei der Entstehung dieser Sternengeneration zu sehr massereichen Sternen von hunderten bis tausend Sonnenmassen mit entsprechend kurzer Lebensdauer von wenigen Millionen Jahren.

Josef M. Gaßner erklärt die Zusammenhänge bis hiin zum spektakulären Ende dieser außergewöhnlichen Sternengeneration.

Die Originalpublikation finden Sie im Downloadbereich.

23.07.2015
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Was sind Gravitationswellen? Wie entstehen sie und können wir sie experimentell nachweisen? Werden wir in Zukunft sogar Gravitationswellen-Astronomie betreiben? Prof. Dr. Hans Ruder erläutert in einem Gastbeitrag die Zusammenhänge.

Weiterführene Information zur Person Prof. Dr. Hans Ruder.

17.07.2015
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Im Stellarator "Wendelstein 7-X" wurden diese Woche erfolgreich geschlossene Flussflächen im Magnetfeld erzeugt, das lässt auf einen stabilen Betrieb noch in diesem Jahr hoffen. Allerdings möchte ich keine falschen Hoffnungen wecken. Die 725 Tonnen schwere Forschungsanlage ist deutlich zu klein um tatsächlich Fusions herbeizuführen, geschweige denn mehr Energie zu erzeugen als man aufwenden muss. Ihre Bedeutung liegt darin, der endgültigen Konzeption einen weiteren Schritt näher zu kommen.

Das Herz der Anlage bilden 50 speziell geformte, supraleitende Magnetspulen, die das Magnetfeld präzise nach den theoretischen Vorgaben formen. Zusätzlich wurden experimentelle Daten aus dem Vorgänger Wendelstein 7-AS (1988 - 2002) umgesetzt. Im aktuellen Schritt soll nun die Stellaratortechnik zur Kraftwerkstauglichkeit führen - angepeilt sind 30-minütige Plasmaentlandungen, die einem Dauerbetrieb schon sehr nahe kämen.

Plasmagleichgewicht und -einschluss sollten idealerweise dabei vergleichbar sein mit dem Tokamak-Konzept bei gleicher Größe.

Wie unterscheiden sich überhaupt Stellarator und Tokamak und wo stehen wir aktuell in der Kernfusionsforschung? Zu diesen spannenden Fragen lassen wir im Videobereich einen Spezialisten zu Wort kommen: Den Direktor des Max Planck Instituts für Plasmaforschung, Prof. Dr. Hartmut Zohm.

15.07.2015
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Update zur New Horizons Mission.

Oliver Kahn hätte wohl beim Anblick des ersten Bildes ausgerufen: "Da is das Ding!". Alice Bowman - Leiterin der Mission - war auch ungewohnt emotional: "Ich bin völlig ausgerastet und war total gestresst, während wir auf das Signal gewartet haben. Aber die Sonde ist glücklich, und die Daten sind gesammelt. Für mich ist damit ein Kindheitstraum wahr geworden, das ist unbeschreiblich." Der Jubel in der Kontrollstation in Laurel (Maryland USA) - als die Sonde den erlösenden Ping und einen 15-minütigen Statusbericht sendete - stand auch einem gewonnenen Fußballpokal in nichts nach. Allerdings ist das gezeigte Bild von Pluto bereits 48 Stunden alt - die Aufnahmen des Vorbeiflugs sind noch mit weniger als 1 kB/s unterwegs durchs Sonnensystem. Tatsache ist: Die Sonde New Horizons ist ohne Beschädigungen durch Brösel oder Brocken am Pluto vorbei. Keine Selbstverständlichkeit für ein Geschoß mit einer Geschwindigkeit von 14,57 m/s (52.452 km/h). Bei den ersten Planungen zur Mission wusste man noch nicht einmal, dass Pluto 5 Monde hat - sind wir froh, dass nicht kurzfristig ein sechster an unglücklicher Position dazugekommen ist... Eigentlich wollten wir ursprünglich sogar bis auf 9.600 km an den Zwergplaneten ran, aber bei 12.000 km will ich jetzt nicht mosern. Die Position der Sonde (11:00 Uhr MEZ) sehen Sie in der nachfolgenden Graphik:

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Bildcredit: Nasa / APL / SwRI

Die größte Neuigkeit bislang und zugleich eine Genugtuung für die Pluto-Fangemeinde: Der Zwergplanet ist mit 2.370 km Durchmesser doch größer als Eris (ein 2.326 km großer Zwergplanet, der 2005 von Mike Brown im Kuipergürtel entdeckt wurde). Ich vermute, die ersten Petitionen, Pluto wieder in den Rang eines Planeten zu versetzen, sind schon unterwegs. Dass Eris rund 30 Prozent mehr Masse aufweist sollten wir in der allgemeinen Euphorie besser verschweigen... Die Plutosianerinnen und Plutosianer sehen es offensichtlich eh gelassen und haben eigens für den Vorbeiflug ein Herz in die Planetenoberfläche - oh pardon - in die Zwergplanetenoberfläche gemalt. Eventuell könnte es sich dabei auch um unterschiedliche Zusammensetzungen der Eiskruste handeln - darüber werden die händeringend erwarteten Daten Aufschluß geben.

Die beiden nachfolgenden Abbildungen zeigen die unglaubliche Strecke, die New Horizons durch die Weiten des Sonnensystems zurückgelegt hat. Nach dem Swing-By am Jupiter hatten wir 22,85 km/s "auf dem Tacho". Auf Höhe der Saturnumlaufbahn waren es noch 18,3 km/s, am Uranus 15,8 km/s und am Neptun 14,7 km/s.  

 

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Bildcredit: Nasa / APL / SwRI

 

 

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Bildcredit: The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory LLC

 

 

 

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 Bildcredit: AFP

Offensichtlich ist die Oberfläche von Pluto sehr jung - weniger als 100 Mio Jahre alt -, zumindest gibt es kaum Einschlagkrater. Das legt natürlich geologische Aktivitäten nahe, wodurch die Einschlagsspuren verschwunden sind. Erstaunlich - immerhin reden wir von einer Oberflächentemperatur von unter minus 220 Grad Celsius, da würde man ad hoc kein flüssiges Wasser erwarten, das die Krater an der Oberfläche nivelliert. 

Kryovulkanismus kennen wir ja schon vom Neptunmond Triton - Pluto verfügt allerdings nicht über dessen Gezeitenkräfte. Da ist noch Klärungsbedarf.

Auch die 3.500 Meter hohen Berge am Äquator bestehen vermutlich aus Wassereis, zumindest sind Metaneis und Stickstoffeis kaum in der Lage solche Giganten stabil aufzutürmen.

 

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 Bildcredit: AFP

 

Auch Charon gibt noch Rätsel auf: Woher kam das Material an seiner Polkappe?

Warten wir die verbleibenden 1.200 Bilder der Sonde ab. 

 

 

 

 

 

 

 

07.07.2015
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Die Mission "New Horizons" tritt in die heiße Phase ein. Für 14. Juli ist die größte Annäherung an den Zwergplaneten Pluto geplant. Was erwartet uns in den eisigen Tiefen unseres Sonnensystems? Josef M. Gaßner gibt einen Überblick zum bisherigen Verlauf und den Zielen der Mission.