Neuer Zustand der Materie nachgewiesen

Der Quantenzustand der Spinflüssigkeit tritt der Theorie nach bei Materialien auf, die eine bienenwabenähnliche Struktur besitzen. © Genevieve Martin/ Oak Ridge National Laboratory
Seit 40 Jahren postuliert, jetzt endlich nachgewiesen: Forscher haben erstmals den Materiezustand der Quanten-Spinflüssigkeit in einem realen Material beobachtet. In diesem Zustand scheinen Elektronen in Quasiteilchen zu zerfallen, die sogenannten Majorana-Fermionen. Mit Rutheniumchlorid haben die Physiker nun ein Material gefunden, das bei bestimmten Temperaturen zu einer solchen Spinflüssigkeit wird, wie sie im Fachmagazin „Nature Materials“ berichten.

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Nach gängiger Vorstellung sind Elektronen Elementarteilchen und damit unteilbar – eigentlich. Doch im Reich der Quantenphysik gelten andere Regeln. Sie ermöglichen Materiezustände, die in der makroskopischen Welt unmöglich wären. Zu diesen gehört die bereits vor gut 40 Jahren vom US-Physiker Phil Anderson vorhergesagte Quanten-Spinflüssigkeit. Dieser mysteriöse Materiezustand tritt unter bestimmten Bedingungen bei magnetischen Festkörpern auf.

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Dunkle Materie: Mysteriöses Röntgensignal entdeckt

Kann nur indirekt ermittelt werden: Verteilung von Dunkler Materie (blau) und heißem Gas (rot) im Galaxiencluster Abell 2744. © NASA/ ESA, J. Merten
Signal der Dunklen Materie? Im Röntgenspektrum unserer Nachbargalaxie und eines Galaxienclusters haben Astronomen ein verräterisches Signal entdeckt. Die schwache Spektrallinie unbekannten Ursprungs könnte ein Indiz für die lange gesuchten Teilchen der Dunklen Materie sein. Denn gängiger Theorie nach löschen sich diese exotischen Partikel gegenseitig aus und geben dabei Strahlung ab. Ob das Signal tatsächlich von ihnen stammt, sollen nun weitere Messungen zeigen.


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Dunkle Materie macht den Großteil der Masse im Universum aus. Woraus sie aber besteht, ist noch völlig unbekannt. „Die Natur der Dunklen Materie ist eine entscheidende Frage für die Kosmologie und die Grundlagen der Physik“, erklären Alexey Boyarsky von der Universität Leiden und seine Kollegen. Weil alle bekannten Elementarteilchen nicht die richtigen Eigenschaften besitzen, vermuten Forscher, dass es eine bisher noch unbekannte Teilchensorte geben muss.

Auf der Suche nach den WIMPs

Diese sogenannten WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) löschen sich nach gängiger Theorie gegenseitig aus, wenn sie aufeinander treffen. Tatsächlich haben Physiker erst vor kurzem das erste Teilchen nachgewiesen, das gleichzeitig sein eigenes Antiteilchen ist. Solche Majorana-Fermionen gelten als ein möglicher Kandidat für ein Dunkles Materie-Teilchen. Aber auch eine bisher nur theoretisch postulierte Sorte von Neutrinos, die sterilen oder rechthändigen Neutrinos, werden diskutiert.

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