LHC: Exotische „Odderons“ entdeckt?

Bild: LHC Genf
Seit 40 Jahren gesucht: Physiker könnten im Teilchenbeschleuniger LHC erstmals „Odderons“ aufgespürt haben – bisher nur theoretisch postulierte Quasiteilchen. Diese entstehen, wenn kollidierende Protonen statt einer geraden eine ungerade Anzahl von Gluonen untereinander austauschen. Messdaten des TOTEM-Detektors am LHC sprechen nun dafür, dass solche Odderons bei den energiereichen Kollisionen im Ring gebildet wurden.

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In der Welt der Elementarteilchen gibt es nicht nur echte Partikel wie Quarks, Protonen oder Elektronen, sondern auch Quasiteilchen. Sie bestehen aus Ansammlungen kleinerer Teilchen, die sich verhalten wie aus einem Guss: Für kurze Zeit besitzen sie beispielsweise eine gemeinsame Masse, Energie oder Wellenlänge und reagieren auf einen Impuls wie ein Partikel. Zu solchen Quasiteilchen gehören beispielsweise kurzlebige Paarungen aus einem Teilchen und seinem Antiteilchen, die Weyl-Fermionen in Kristallen, aber auch Quantentröpfchen in Halbleitern.

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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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Neues Quasiteilchen entdeckt

Künstlerische Darstellung des Quantentröpfchens, Bild: Spektrum.de
Als sie einen Halbleiter mit intensiven Laserpulsen beschossen, entdeckten Physiker neuartige, eigentümliche Gebilde: „Quantentröpfchen“.

Von Mike Beckers Spektrum.de

Für Physiker ist das Ganze mehr als die Summe seiner Teile. Zumindest, wenn sie von „Quasiteilchen“ sprechen: Komplizierte, mitunter exotische Effekte erklären sie dann dadurch, dass sich mehrere Teilchen gemeinsam so verhalten wie ein einzelnes, fiktives Teilchen mit ganz eigenen Eigenschaften. US-amerikanische und deutsche Physiker entdeckten nun neue Quasiteilchen, die sie „quantum droplets“ nennen – Quantentröpfchen. Sie entstehen in Halbleitern und verhalten sich einer neuen Veröffentlichung in „Nature“ zufolge wie Flüssigkeitstropfen mit quantenphysikalischen Eigenschaften.

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