Proton neu vermessen - ein statistischer Nachtrag

Mein Herzallerliebster hat mich darauf aufmerksam gemacht, dass mein Vergleich mit Schülernoten nicht gerade intuitiv ist für Leute, die nicht in der ETH-Didaktikausbildung mit Effektstärken gequält wurden. Ich versuche mich an einer Erklärung...

Proton neu vermessen

Spitzt schon mal die Bleistifte, möglicherweise wird es nötig werden, in der Formelsammlung etwas zu korrigieren. Messungen am Paul-Scherrer-Institut (PSI) weisen nämlich darauf hin, dass das Proton 4% kleiner ist als bisher angenommen.

  

Teil der Laseranlage, die für das Experiment zur Bestimmung des Protonenradius benötigt wird. Hier werden unsichtbare infrarote Laserpulse in grünes Laserlicht umgewandelt. (PSI/A. Antognini und F. Reiser)

Graphen - der Halbleiter der Zukunft?

Graphit kennen wir seit langem. Aber erst vor einigen Jahren ist es gelungen, daraus Graphen herzustellen. Worin besteht der Unterschied? Und hat Graphen tatsächlich Potential als Halbleiter?

Raus aus dem Wurmloch

"Ein theoretischer Astrophysiker hat vorgeschlagen, dass sich unser gesamtes Universum in einem Wurmloch, das mit einem schwarzen Loch verbunden ist, befindet."

So lautete eine Schlagzeile im Podcast "The Skeptic's Guide to the Universe" vom 7. April. (Ein Podcast, den ich übrigens allen naturwissenschaflich Interessierten empfehlen kann.) Nun ist es ja nur ein Vorschlag, und ein theoretischer Astrophysiker kann wohl eine ganze Menge vorschlagen, aber die Idee ist so abgefahren brillant, dass ich sie hier unbedingt erwähnen musste.

Wer sich durch den Originalartikel quälen will, bitte sehr: "Radial motion into an Einstein-Rosen bridge," Physics Letters B, by Nikodem J. Poplawski. (Volume 687, Issues 2-3, 12 April 2010, Pages 110-113)

Es vibriert, es vibriert nicht...

Schnallen Sie sich gut an. Ich heisse Sie herzlich willkommen auf diesem Flug ins Reich der Quanten. Eine kleine Warnung: Seien Sie darauf gefasst, Ihr Hirn durch labyrinthische Windungen zu quetschen.

Erstmals ist es gelungen, die Gesetze der Quantenmechanik an einem makroskopischen Objekt zu zeigen. Wobei makroskopisch relativ ist: Es handelte sich um ein 0.03 mm langes Metallblatt - immerhin millionenmal grösser als ein Atom. Dennoch hat die Quantenmechanik damit einen Quantensprung hingelegt. Bisher konnten ihre Gesetze nämlich nur an Objekten, die maximal ein paar Atome massen nachgewiesen werden. Unserem Hirn konnte das nur recht sein, es konnte sich nämlich sagen: Ok, in der Welt der Quanten sind ganz verrückte Dinge möglich, aber das ist eben eine andere Welt, die Welt der Winzigkleinen. Nun, diese Ausrede zählt nicht mehr.

Stellen Sie sich vor, eine Schaukel schwinge vor und zurück während sie gleichzeitig stehen bleibt. Das klingt absurd? Und doch ist ein derartiges Verhalten für Quantenobjekte völlig normal. So kann ein Elektron problemlos gleichzeitig durch zwei verschiedene Löcher fliegen. Erst wenn wir es dabei beobachten, zwingen wir es, eines der beiden auszuwählen. (Habe ich nicht gewarnt, das Hirn werde hier ein wenig zerquetscht?) Die Rolle des unbeteiligten Beobachters gibt es in der Quantenmechanik nicht.

Genau das, was wir im Beispiel mit der Schaukel als absurd empfinden, wurde mit dem eingangs erwähnten winzigen Metallblatt erreicht: Es schwang hin und her und blieb gleichzeitig vollkommen ruhig.

Dazu mussten die Forscher erst einige Schwierigkeiten überwinden. Die grösste davon war es, das Metallblatt überhaupt erst mal ruhig zu stellen. (In der Fachsprache würde man sagen: es in seinen energetischen Grundzustand zu versetzen. Das ist der energieärmste Zustand, den ein Objekt erreichen kann.) Das ist gar nicht so einfach und bedingt Temperaturen nahe beim absoluten Nullpunkt von -273.15°C.

Dann verbanden die Forscher das Metallblatt mit einer Anlage, die sie selbst als "Quantentrommel" bezeichnen. Und jetzt kommts: Mit dieser "Quantentrommel" war es möglich, das Metallblatt gleichzeitig anzustossen sowie nicht anzustossen. Danach vibrierte es, und vibrierte nicht - zur gleichen Zeit. Damit ist es gelungen, erstmals ein typisch quantenmechanisches Verhalten an einem Objekt, das von Auge sichtbar ist, nachzuweisen.

Der Autor räumt ein, dass dieses Verhalten nur in dem Moment möglich ist, da das Metallblatt komplett von seiner Umgebung isoliert ist. Es verlässt dadurch quasi unser Universum und bildet seine eigene kleine Welt in einer Blase. Darin kann es sich auf seine eigene Art und Weise verhalten. Sobald aber die Blase platzt und es wieder in unser Universum eintritt, ist es damit vorbei; es muss sich dann sozusagen entscheiden, ob es jetzt vibrieren will oder nicht. Das lässt mein Hirn etwas aufatmen: Quantengesetze gelten eben doch nur in ihrer eigenen Welt.

Quellen (alles in Englisch):

• O'Connell, A. D. et al. Nature 464, 697-703 - abstract
• Artikel in nature news
• Nature Pocast 18 March 2010:  Listen now | Download mp3 | Text (html)

Von der Galaxie zum Quark

Wie gross ist unsere Galaxis? Antwort 1.2 Zettameter. Ähä. Mit dieser Grösse kann unser Hirn etwa ähnlich viel anfangen wie mit der Angabe, dass ein HI-Virus 90 Nanometer misst.

Hilfreicher sind da Vergleiche:

• Z.B. ist die Milchstrassen-Galaxis hundertmillionenmal grösser als das Sonnensystem, etwa 40-mal kleiner als die grösste bekannte Galaxie und etwas 100-mal grösser als die kleinste.
• Das HI-Virus passt knapp in eine Bucht in der Spiralspur einer CD.

Mit "The Scale of the Universe" lassen sich solche unverstellbaren Grössen erkunden. Es zeigt Objekte vom ganzen Universum bis zur kleinsten Länge, die physikalisch überhaupt Sinn macht, und birgt so manche Überraschung. Oder hätten Sie gewusst, dass die menschliche Haut fast so dick ist wie eine Kreditkarte?