Physik

Juhu! Unsere kleine Physik-Community zählt jetzt 42 Interessierte! (42 local subscribers auf der feddit.org Instanz, gesamt sind es sogar schon 2 * 42 Interessierte)

!

It was so nice, we did it twice

Dieser Post wurde bereits 2023 auf feddit.de zu gleichem Anlass veröffentlicht. Unser neues Zuhause feddit.org erwartet hoffentlich ein besseres Schicksal!

___

Physik und die Zahl 42?

Da gibt es doch eine passende Frage:

> Wie groß ist das Verhältnis der fundamentalen Wechselwirkungen Elektromagnetismus und Gravitation bezogen auf zwei Elektronen?

Die Antwort lautet:

> #### 4.2 · 10⁴²

Auf den ersten Blick perfekt und leider doch daneben. Wäre das Ergebnis 4.2 · 10⁴³ gewesen, dann hätten wir den ultimativen Douglas Adams Doppeltreffer, aber so hat sich die Natur letztlich um den Faktor 10 geirrt. Sorry.

Was uns bleibt, ist ein Unterschied von 42 Größenordnungen zwischen zwei Grundkräfte, die mit Elektronen spielen.

Wer mehr über den Popkult rund um die Zahl 42 erfahren möchte, dem empfehle ich den Heise-Artikel Zahlen, bitte! 42 - Douglas Adams' spektaktulär unspektakuläre Anhalter-Antwort.

Berechnung

Mit folgendem Code kann die Berechnung des Kräfte-Verhältnisses zum Beispiel in Mathematica auf dem Raspi oder in Mathics nachvollzogen werden:

``` (* Gravitationskonstante ) gamma = 6.6743 * 10^-11; ( m^3/(kg s^2) *)

(* Elektrische Feldkonstante ) eps0 = 8.8541878128 * 10^-12; ( (A s)/(V m) *)

(* Coloumb-Konstante ) kc = 1/(4 * Pi * eps0); ( N m^2 C^-2 *)

(* Elektron ) me = 9.1093837015 * 10^-31; ( kg ) qe = -1.602176634 * 10^-19; ( C *)

(* m1, m2, me: Massen ) ( q1, q2, qe: Elektrische Ladungen ) ( r1, r2: Räumliche Vektoren *) Clear[Fg, Fc, m1, m2, q1, q2, r1, r2];

(* Gravitation ) Fg[m1_, m2_, r1_, r2_] := -gamma * ((m1 * m2) / Abs[r1 - r2]^3) * (r1 - r2); ( Fg[m1, m2, r1, r2] *)

(* Coloumb-Kraft ) Fc[q1_, q2_, r1_, r2_] := kc * ((q1 * q2) / Abs[r1 - r2]^3) * (r1 - r2); ( Fc[q1, q2, r1, r2] *)

(* Verhältnis Coloumb-Kraft zu Gravitation zwischen zwei Elektronen ) V[q1_, q2_, m1_, m2_] := Fc[q1, q2, r1, r2] / Fg[m1, m2, r1, r2]; ( V[q1, q2, m1, m2] ) ( V[q1, q1, m1, m1] *) V[qe, qe, me, me] ```

Attribution

Photo by Mark König on Unsplash

Physik - Software, Experimente, Wissen

Community-Posts mit Software:

• phyphox - Smartphone als mobiles Labor

Community-Posts mit Experimenten:

• CosmicWatch - $100 Myonen-Detektor zum Selberbauen
• A CD Spectrometer - Basteln und Experiment

Community-Posts mit Vorlesungen:

• Thomas Klose: Mathematische Grundlagen der Physik - WS2016, Humboldt Universität zu Berlin
• Walter Lewin: Physics 8.01 - Classical Mechanics, MIT
• The Feynman Lectures on Physics - nur Online

Community-Posts mit Wissen:

• Clear Physics - "Perspectives That Have Been Helpful To Me" - englischsprachige Artikel (PDF) von Randy S.
• Physik in 9 Zeilen - Anregungen zur Physikdidaktik
• Motion Mountain - The Adventure of Physics - kostenloses Physik-Lehrbuch

Attribution

Das Bild wurde von marv99 mit Image Creator erzeugt.

> #### H.E.S.S.-Observatorium detektiert erstmals Elektronen mit 40 Teraelektronenvolt Energie

> Extreme Elektronen: Astrophysiker haben erstmals kosmische Elektronen mit bis zu 40 Teraelektronenvolt Energie eingefangen – ein neuer Rekord. Nachgewiesen wurden diese hochenergetischen, in die Erdatmosphäre rasenden Teilchen vom H.E.S.S.-Observatorium in Namibia. Die neuen Messungen bestätigen zudem, dass es im Spektrum der kosmischen Elektronen einen auffallenden Knick bei rund einem Teraelektronenvolt gibt. Das liefert wertvolle Hinweise auf die bisher unbekannten Quellen dieses energiereichsten Anteils der kosmischen Strahlung.

Weiterer Artikel zum Thema:

• Spektrum: Astrophysik: Kosmische Elektronen mit rekordverdächtiger Energie entdeckt | Alternativer Link @archive.org

> Nudeln im Nanomaßstab: Chemiker haben die dünnsten je erzeugten Nudeln hergestellt. Diese Nano-Spaghetti bestehen aus ganz normalem Weizenmehl, sind aber nur 372 Nanometer dick – rund 200-mal dünner als ein menschliches Haar. Theoretisch wären die mikroskopisch feinen Nudeln sogar essbar, gedacht sind sie aber als Fasern für die Biomedizin und Technik, wie das Team erklärt. Produziert haben sie die Nano-Nudeln mithilfe von Weizenmehl, warmer Ameisensäure und einer „Nudelmaschine“ der Nanotechnologie.

Paper: Nanopasta: electrospinning nanofibers of white flour | PDF

> Verkehrte Welt: Ein Laserexperiment enthüllt erstmals, dass auch Licht einen Schatten werfen kann – bisher galt ein solcher Effekt als unmöglich. Die deutlich erkennbare dunkle Schattenspur entsteht durch einen grünen Laserstrahl, in dessen Pfad das blaue Licht eines zweiten Lasers absorbiert wird, wie die Physiker berichten. Verblüffend auch: Hält man ein Objekt in den Schatten, folgt dieser dessen Konturen genauso wie ein normaler Schatten. Doch was steckt dahinter?

Paper: Shadow of a laser beam | PDF

Ältere Posts zum Thema:

• Scientists discover laser light can cast a shadow
• Laserstrahl kann Schatten werfen

> Eine Forschungsgruppe hat bei einem Experiment mit verschiedenfarbigen Laserstrahlen und Rubinkristallen herausgefunden, dass die Laser Schatten werfen. Dieser war mit dem bloßen Auge sichtbar und wurde in einem Foto dokumentiert.

Paper: Shadow of a laser beam | PDF

Alternativer Link @archive.org

tl;dr von ChatGPT: > Forscher der Aalto-Universität haben eine Methode entwickelt, Lichtwirbel mithilfe von Nanopartikeln zu erzeugen, die deutlich mehr Daten transportieren können. Die Lichtwirbel haben ein dunkles Zentrum und speichern Informationen effizienter. Diese Technik könnte die Übertragungskapazität in Glasfasern um das Acht- bis Sechzehnfache steigern. Unklar ist noch, ob spezielle Anpassungen an Glasfaserkabeln nötig sind.

Paper: High topological charge lasing in quasicrystals | PDF

Alternativer Link @archive.org

tl;dr von ChatGPT: > Ein Team um Toni Annala von der Aalto-Universität in Finnland hat gezeigt, dass stabile Knoten in speziellen Flüssigkeiten mit Quanteneffekten möglich sind, etwa in Bose-Einstein-Kondensaten oder bestimmten Flüssigkristallen. Hier verhindern Quantenwirbel, dass sich die Strukturen selbst durchdringen und auflösen. Diese topologischen Störungen sind stabil, solange eine bestimmte Erhaltungsgröße gewahrt bleibt. Die Forschenden planen nun, solche Knoten experimentell in einem Bose-Einstein-Kondensat zu erzeugen.

> Magnetare sind die stärksten Magneten im Kosmos. Was passiert, wenn diese Neutronensterne zum Schwarzen Loch kollabieren, haben Astrophysiker nun erstmals mithilfe einer detaillierten Simulation rekonstruiert. Sie enthüllt, wie der Kollaps die stärksten Magnetschockwellen des Universums erzeugt und Materie- und Antimaterieteilchen kollidieren lässt. Die Schockwellen und enormen Energien lassen selbst den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs nachbeben, wie die Astronomen berichten.

Paper: Monster Shocks, Gamma-Ray Bursts, and Black Hole Quasi-normal Modes from Neutron-star Collapse | PDF | EPUB

Alternativer Link @archive.org

> 1924 aufgestellt, 2024 widerlegt: Chemiker haben eine Abweichung von der in vielen Chemie-Lehrbüchern stehenden Bredtschen Regel gefunden. Demnach gibt es doch stabile Doppelring-Kohlenwasserstoffe, die eine Doppelbindung an ihrem sogenannten „Brückenkopf“-Atom tragen – einem Atom zwischen den beiden Ringen. Möglich wird dieser Regelverstoß durch spezielle Reaktionswege und Helfer-Moleküle [...]

Paper: unfrei, also kein Open Access | Was bedeutet Open Access?

Alternativer Link @Archive.ph

Zusammenfassung durch ChatGPT: > In den 1930er Jahren entdeckte der Linguist George Kingsley Zipf ein Muster, das als Zipfsches Gesetz bekannt wurde: Häufig verwendete kurze Wörter tauchen viel häufiger auf als längere, seltenere Wörter. Dieses Gesetz ist sprachübergreifend anwendbar und beschreibt, dass das häufigste Wort etwa doppelt so oft vorkommt wie das zweithäufigste usw. > > Forscher um Andrei Constantin von der Universität Oxford haben dieses Gesetz nun auch bei mathematischen Symbolen in physikalischen Formeln gefunden. Sie analysierten Formeln aus den Feynman Lectures on Physics, einer Wikipedia-Seite über wissenschaftliche Gleichungen und der Encyclopaedia Inflationaris. Indem sie mathematische Symbole wie Wörter behandelten, zeigte sich ein Zipfsches Gesetz auch in den Formeln: Häufig benutzte Symbole wie Variablen für Ort und Zeit erscheinen oft, gefolgt von Multiplikation und Zahlen. Dieses Muster galt für die untersuchten Formeln, wenn auch mit leichten Unterschieden zwischen den Quellen. > > Überraschend war, dass selbst seltenere Funktionen wie Exponential- und trigonometrische Funktionen diesem Gesetz folgen. Die Ursache dieses universellen Musters ist laut den Forschern unklar. Es könnte kulturelle Wurzeln haben oder auf tieferliegende physikalische Prinzipien hinweisen – womöglich auf ein „Gesetz über die physikalischen Gesetze“ selbst.

Paper: Statistical Patterns in the Equations of Physics and the Emergence of a Meta-Law of Nature | PDF

> Neue Einblicke: Physiker haben die genaue 3D-Struktur von Skyrmionen kartiert – winzigen Magnetwirbeln in Feststoffen, die als vielversprechende Basis für eine künftige „Spintronik“ gelten. Ihre Mikro-Röntgendurchleuchtung enthüllte erstmals, wie die einzelnen atomaren Spins in den Skyrmionen ausgerichtet sind und wie sie sich mit Höhe und Breite der Magnetwirbel verändern. Dies ebnet den Weg zur Produktion maßgeschneiderter Skyrmionen – beispielsweise für Quantenspeicher und Quantencomputer der Zukunft.

Paper: Quantifying the topology of magnetic skyrmions in three dimensions | PDF

> Gekoppelte Schwergewichte: Physiker haben erstmals die Verschränkung von zwei Top-Quarks nachgewiesen – den schwersten bekannten Elementarteilchen. Die im Teilchenbeschleuniger LHC beobachtete Kopplung der Top-Quarks ist der erste Beleg dafür, dass Quarks sich überhaupt verschränken können. Gleichzeitig ist dies die Verschränkung mit der höchsten je bei diesem quantenphysikalischen Phänomen nachgewiesenen Energie, wie das Team in „Nature“ berichtet.

Paper:

• Observation of quantum entanglement with top quarks at the ATLAS detector | PDF
• Measurements of polarization and spin correlation and observation of entanglement in top quark pairs using lepton+jets events from proton-proton collisions at s√ = 13 TeV | PDF

Alternativer Link @Archive.ph

> Mit einem Docht kann man Flüssigkeit elegant zwischen Behältern umfüllen. Dabei strömt sie sogar ein Stück aufwärts, wie bei einem klassischen Siphon mit festen Wänden. Beim weichen Docht umhüllt eine Wasserhaut die Fasern und wirkt wie ein starres Rohr.

> Was die schweren "Brüder" des Elektrons über unsere Welt verraten

• Was sind Myonen? - Strahlung, Einstein und die Zeitdehnung
• Mehr Durchblick mit kosmischen Teilchen - Myonen durchleuchten Vulkane, Tunnel und Co
• Streuung statt Absorption - Die Myonen-Tomografie und ihre Einsatzzwecke
• Pyramiden, Gräber und noch mehr - Myonen-Bildgebung in der Archäologie
• Mysteriöse Diskrepanzen - Myonen rütteln an den Grundlagen der Physik

Auf einer Seite lesen: Myonen - Fenster ins Verborgene

> Materiebaustein mit Geheimnissen: Schon seit gut 30 Jahren rätseln Physiker über unerklärte Diskrepanzen bei der Lebensdauer freier Neutronen – jetzt könnten sie den Grund gefunden haben. Demnach könnte das Neutron einen noch unentdeckten angeregten Zustand besitzen, in dem es ein wenig länger stabil bleibt als im Grundzustand. Das würde erklären, warum Messungen mit frischen, potenziell noch angeregten Neutronen längere Lebensdauern ermittelt haben als andere Methoden. Doch wie ließe sich dies nachweisen?

Paper: Exciting hint toward the solution of the neutron lifetime puzzle | PDF

> Neuer Rekord: Physiker haben einen Laser entwickelt, der die bisher stärksten ultrakurzen Laserpulse erzeugen kann – seine Leistung übertrifft den bisherigen Rekord um rund 50 Prozent. Der neuartige Laseroszillator erreicht Spitzenleistungen von 100 Megawatt bei regelmäßigen Pulsraten von 5,5 Megahertz, wie das Team berichtet. Das Besondere zudem: Die hohe Pulsleistung wird nicht durch nachträgliche Verstärkung erreicht, sondern durch Komponenten im Laser selbst.

Paper: Ultrafast 550-W average-power thin-disk laser oscillator | PDF (captcha)

Ein Heise-Kommentator hat dazu noch dieses Video verlinkt: Why It Was Almost Impossible to Make the Blue LED

> Quantenmechanik trifft Zeitmessung: Physiker haben Atome so manipuliert, dass sie genauer und schneller „ticken“ als gängige optische Atomuhren. Möglich wird dies mithilfe der quantenphysikalischen Verschränkung und „Schrödingers Katze“ – dem Zustand der Überlagerung. Im Experiment erreichten verschränkte Strontium-Atome dadurch eine Frequenz-Stabilität jenseits des bisherigen Quantenlimits [...]. Das könnte in Zukunft eine schnellere und präzisere Zeitmessung ermöglichen.

Paper: unfrei, also kein Open Access | Was bedeutet Open Access?

Wissenschaftlicher Hintergrund (PDF): Nobel Prize in Physics awarded to John Hopfield and Geoffrey Hinton

Weiterer Artikel zum Thema:

• scinexx: Physik-Nobelpreis für KI-Pioniere

> Bis zu fünf Meter groß und tiefviolett: Die Amethyst-Geoden aus dem Norden Uruguays sind weltberühmt. Doch unter welchen Bedingungen diese einzigartigen Edelsteine entstanden sind, haben Geologen erst jetzt herausgefunden. Demnach kristallisierte diese violette Variante des Quarz bei ungewöhnlich niedrigen Temperaturen aus. Anders als gedacht bildeten sich die kristallgefüllten Hohlräume zudem erst nach Ende des Vulkanismus in dieser Region.

Paper: World-class amethyst-agate geodes from Los Catalanes, Northern Uruguay: genetic implications from fluid inclusions and stable isotopes | PDF

> Neuartiges Phänomen: Gewitter erzeugen nicht nur Blitze – ihre Wolken glühen und brodeln auch im Gammastrahlen-Bereich, wie Flüge mit einem umgebauten Spionageflugzeug enthüllen. Das für unsere Augen unsichtbare flackernde Gammaglühen kann sich Stunden hinweg und tausende Quadratkilometer erstrecken. Diese Gammastrahlen-Emission unterscheidet sich jedoch von den schon bekannten Gammablitzen solcher Gewitter, wie Forschende in „Nature“ berichten. Wie aber entsteht dieses neuartige Phänomen?

Paper: unfrei, also kein Open Access | Was bedeutet Open Access?

Alternativer Link @archive.org

Zusammenfassung unterstützt von ChatGPT: > Tachyonen sind hypothetische Teilchen, die sich schneller als das Licht bewegen könnten und seit Jahren Gegenstand physikalischer Diskussionen sind. Obwohl sie aufgrund paradoxer Eigenschaften wie negativer Energie, imaginärer Masse und der Verletzung von Kausalität und Symmetrie lange als reine Science-Fiction galten, zeigen physikalische Theorien, dass ihre Existenz zumindest theoretisch nicht ausgeschlossen ist. > > Die spezielle Relativitätstheorie lässt Tachyonen theoretisch zu, obwohl sie nicht in die symmetrischen Gesetze des Universums passen. Frühere Versuche, Tachyonen in die Quantenfeldtheorie zu integrieren, scheiterten aufgrund logischer Widersprüche. Ein neuer Ansatz, basierend auf dem Zwei-Zustands-Formalismus könnte diese Probleme beheben. Durch eine Verdopplung des Zustandsraums und die gleichzeitige Berücksichtigung von Anfangs- und Endzuständen eines Systems, könnten Tachyonen in Einklang mit den Gesetzen der speziellen Relativitätstheorie gebracht werden. > > Diese mathematische Lösung bedeutet, dass Tachyonen theoretisch möglich sind, auch wenn sie bislang nicht experimentell nachgewiesen wurden. Physiker hoffen nun, dass zukünftige Entdeckungen diese faszinierenden Teilchen sichtbar machen könnten.

> Es werde Licht: LEDs sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Diese Leuchtdioden basieren auf chemischen Substanzen, die unter Strom Licht aussenden. Wie das genau funktioniert, wie moderne LEDs aufgebaut sind und was OLEDs von LEDs unterscheidet, erklärt der Chemiker Markus Suta in unserem Video.

Video: 2024 09 05 HHU Leuchtende Stoffe 03 - Dauer: 8 min

> It has been thought of as many things: a pointlike object, an excitation of a field, a speck of pure math that has cut into reality. But never has physicists’ conception of a particle changed more than it is changing now.

Article in printable / PDF mode

> Nach fast 100 Jahren bewiesen: Chemiker haben erstmals eine zuvor nur theoretisch postulierte Bindungsform beim Kohlenstoff erzeugt und nachgewiesen – die Einzel-Elektronbindung. Bei dieser Sonderform der kovalenten Bindung teilen sich zwei benachbarte Kohlenstoffatome nicht wie üblich ein Elektronenpaar, sondern nur ein einzelnes Elektron. Weil diese Bindung entsprechend schwächer und instabil ist, konnte sie nie zuvor beobachtet werden. Doch jetzt ist dies gelungen [...]

Paper: unfrei, also kein Open Access | Was bedeutet Open Access?

> After being transferred to Cambridge by the Hawking Family in 2021, the scientific and personal archive of Professor Stephen Hawking has been fully catalogued and is now available to all who might benefit from access to it at Cambridge University Library.

Video: The Stephen Hawking Archive - 6 min

Alternativer Link @archive.org

Von der CERN-Seite Immersive tour of the accelerator complex:

> The panoramas project was originally developed to provide an immersive visual aid to help prepare interventions on the CERN facilities. A public version has been released to offer an immersive experience for everyone.

Übersetzt: > Das Panoramaprojekt wurde ursprünglich entwickelt, um ein immersives visuelles Hilfsmittel für die Vorbereitung von Eingriffen in die CERN-Anlagen bereitzustellen.

> Die öffentliche Version wurde bereitgestellt, um jedem ein immersives Erlebnis zu bieten.

Attribution

___

• Link gefunden bei Welt der Physik: Physik für zu Hause
• Übersetzungen teils mit DeepL

> Doch keine Abweichung? Physiker am Teilchenbeschleuniger LHC haben die Masse des W-Bosons neu bestimmt – des Trägerteilchens der schwachen Kernkraft. Das überraschende Resultat: Dieser zentrale Baustein des Standardmodells ist deutlich leichter als in der zuvor genauesten Messung ermittelt. Dafür stimmt seine Masse jetzt mit früheren, weniger präzisen Werten überein. Das bedeutet: Anders als noch 2022 gedacht, zeigt das W-Boson wohl doch keine Diskrepanz zum Standardmodell der Teilchenphysik.

> Mehr als bloße Science-Fiction: Auch wenn der überlichtschnelle Flug mittels Warp-Antrieb bisher unmöglich ist – seine Signatur wäre detektierbar, wie Physiker ermittelt haben. Demnach setzt der Kollaps einer Raumzeit-verzerrenden Warp-Blase charakteristische Gravitationswellen-Signale frei. Diese Schwingungen der Raumzeit wären sogar stark genug für die aktuellen Gravitationswellen-Detektoren, ihre Frequenz liegt jedoch etwas zu hoch. Doch mit künftigen Detektoren wären solche Warp-Signaturen nachweisbar, wie das Team berichtet.

Paper: What no one has seen before: gravitational waveforms from warp drive collapse | PDF

> Reguläre Atome bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen. Daneben gibt es auch exotische Atome wie das sogenannte Positronium. Es besteht aus einem Elektron und seinem Gegenstück aus Antimaterie, einem Positron, die sich gegenseitig umkreisen. Um Positronium präzise erforschen zu können, darf es nicht zu schnell sein – was bei Teilchen bedeutet: nicht zu warm. Einer Forschungsgruppe ist es jetzt gelungen, Positronium mit Lasern zu kühlen.

Paper: Cooling positronium to ultralow velocities with a chirped laser pulse train | PDF