Quasiteilchen – außergewöhnliche Eigenschaften
Physiker haben ein noch nie dagewesenes Quasiteilchen entdeckt, das nur Masse hat, wenn es sich in eine Richtung bewegt. Dieses so genannte „Semi-Dirac-Fermion“ hat das Potential die gesamte Quantenphysik zu verändern.
Was sind Quasiteilchen?
- quantenmechanische Objekte, die aus einer Vielzahl miteinander wechselwirkender Teilchen bestehen
- kollektiver Zustand wirkt wie die Bildung eines neuen Teilchens
- freie, masselose Teilchen bewegen sich immer in Lichtgeschwindigkeit (Relativitätstheorie) – Quasiteilchen können sich auch langsamer bewegen
- Material streut kaum, elektrischer Strom kann fast verlustfrei geleitet werden
Im Gegensatz zu regulären Quasiteilchen, die eine konstante Masse haben, bewegt sich das Semi-Dirac-Fermion so, als hätte es in einer Richtung keine Masse – es stößt aber auf Widerstand und gewinnt effektive Masse, wenn es sich senkrecht dazu bewegt.
Das Forschungsteam stieß mit Hilfe starker Magnetfelder und der Analyse von Infrarotlicht auf diese unerwartete Entdeckung.
Gründe der Entdeckung
Ursprünglich bestand das Ziel des Teams nur darin, Reaktionen der Elektronen zu untersuchen. Je extremer die Bedingungen wurden, desto deutlicher zeigte sich ein außergewöhnliches Verhalten.
Dieses Verhalten könnte erhebliche Auswirkungen auf elektronische Sensoren haben und bestätigte eine mehr als 10 Jahre alte theoretische Vorhersage.
Es ist eventuell möglich Materialien mit außergewöhnlichen Eigenschaften zu entwickeln, die sowohl dünner, schneller als auch effizienter sind:
- Batterien die mehr Energie auf kleinstem Raum speichern können
- ultrasensible medizinische Geräte
- leistungsfähigere Quantencomputer oder Sensoren
Auch wenn das volle Potenzial des Teilchens noch unbekannt ist, stellt dieser Durchbruch die etablierte Physik in Frage und eröffnet neue Wege zur Erforschung von Quantenmaterialien. Die Wissenschaftler konzentrieren sich nun darauf, die verbleibenden Geheimnisse hinter diesem bizarren Quasiteilchen zu enträtseln.
- warum dieses Verhalten?
- welche Überraschungen gibt es noch?
- wie effektiv sind die Einsatzmöglichkeiten?
langsame Bewegungen
2015 konnten Forscher bereits Quasiteilchen (nur im Inneren eines Festkörpers) in speziellen Materialien nachweisen. Der deutsche Mathematiker und Physiker Hermann Weyl (1885-1955) hatte diese Teilen theoretisch vorhergesagt – 2015 gelang der praktische, experimentelle Beweis.
Ihre Geschwindigkeit beträgt mit 1.000 Metern pro Sekunde nur etwa drei Tausendstel Promille der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. – Quelle: www.derstandard.de
Quellen:
journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.14.041057
www.techno-science.net/de/nachrichten/diese-teilchen-haben-keine-masse-au-er-wenn-sie-sich-in-eine-bestimmte-richtung-bewegen-N26202.html
www.derstandard.de/story/2000070675991/masseloses-quasiteilchen-verhaelt-sich-wie-langsames-licht
Text: @Infokomposter & @Anouk / Bluesky – Bildquelle: Pete Linforth / Pixabay
