Physik

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Community für Austausch zum Thema Physik.

Wikipedia: "Die Physik [...] ist eine Naturwissenschaft, die grundlegende Phänomene der Natur untersucht. Um deren Eigenschaften und Verhalten anhand von quantitativen Modellen und Gesetzmäßigkeiten zu erklären, befasst sie sich insbesondere mit Materie und Energie und deren Wechselwirkungen in Raum und Zeit."

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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 twiceDieser 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 · 10^42^

Auf den ersten Blick perfekt und leider doch daneben. Wäre das Ergebnis 4.2 · 10^43^ 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.

BerechnungMit 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]

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Physik - Software, Experimente, Wissen

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Qubit-Fehlerkorrektur, Antimaterie-Kühlung und Proben von der Rückseite des Mondes

Was waren die spannendsten Entdeckungen und Durchbrüche in der Physik des Jahres 2024? Die Top Ten hat nun das Magazin „Physics World“ gekürt. Zu ihnen gehören Mini-Laser, die Fehlerkorrektur bei Quantencomputern, ein Graphen-Halbleiterchip und neue Einblicke in den Atomkern. Aber auch die ersten Proben von der Rückseite des Mondes und eine verblüffend simple Methode, um Gewebe durchsichtig zu machen, sind unter den physikalischen Jahres-Highlights.

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tl;dr von ChatGPT:

Das Universum existiert trotz Theorien, die es durch Materie-Antimaterie-Auslöschung beim Urknall ausschließen. Forscher vermuten eine Verletzung der CP-Symmetrie als Ursache, die Materie bevorzugt. Am CERN-LHC fanden sie neue Hinweise darauf: Unterschiede im Zerfall schwerer Λ-Baryonen und B-Mesonen deuten auf CP-Verletzungen hin. Die Ergebnisse sind jedoch noch nicht signifikant und erfordern weitere Experimente.

Paper 1: Study of Λ0b and Ξ0b decays to Λh+h′− and evidence for CP violation in Λ0b→ΛK+K− decays | PDF

Paper 2: First evidence for direct CP violation in beauty to charmonium decays | PDF

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tl;dr by ChatGPT:

Scientists have discovered a quasiparticle, the semi-Dirac fermion, which behaves unusually by having mass in one direction but being massless in another. Found in a ZrSiS crystal at extremely low temperatures, this particle challenges conventional physics. Researchers used magneto-optical spectroscopy and strong magnetic fields to observe it. The discovery opens new possibilities in quantum physics and electronics, though many questions remain unanswered.

Deutsch:

Wissenschaftler haben ein Quasiteilchen, das semi-Dirac-Fermion, entdeckt, das in eine Richtung masselos ist, in die andere jedoch Masse hat. Es wurde in einem ZrSiS-Kristall bei extrem niedrigen Temperaturen gefunden. Mithilfe von Magneto-Optischer Spektroskopie und starken Magnetfeldern konnte dieses ungewöhnliche Verhalten beobachtet werden. Die Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten in der Quantenphysik, wirft aber noch viele Fragen auf.

Paper: Semi-Dirac Fermions in a Topological Metal | PDF

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Zusammenfassung von ChatGPT:

Die drei newtonschen Gesetze beschreiben grundlegende Prinzipien der Bewegung, doch ein oft übersehener Aspekt ist die Überlagerung von Kräften. Zwei Kräfte, die auf einen Körper wirken, addieren sich zu einer resultierenden Kraft, was Newton geometrisch als "Kräfteparallelogramm" darstellte. Diese Methode entspricht der heutigen Vektoraddition, die zur Zeit Newtons noch kaum entwickelt war.

Im 16. Jahrhundert erkannte Niccolò Tartaglia nicht, dass mehrere Kräfte gleichzeitig auf einen Körper wirken können, und beschrieb die Flugbahn von Kanonenkugeln fehlerhaft. Erst im 17. Jahrhundert etablierten Mathematiker wie Thomas Harriot und John Wallis die Bedeutung des Kräfteparallelogramms, das Newton schließlich in seine Bewegungsgesetze integrierte. Der moderne vektorielle Kraftbegriff setzte sich jedoch erst im 19. Jahrhundert durch und ist heute ein fundamentaler Bestandteil von Mathematik und Physik.

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Er gilt als verkanntes Genie und als einer der Pioniere des elektrischen Zeitalters: Nikola Tesla. Seine Ideen und Erfindungen schufen die Grundlage für das moderne Wechselstrom-Netz, für Elektromotoren, Neonröhren, Mikrowellenherde und das Radio. Sogar die Fernsteuerung geht auf eine Erfindung Teslas zurück. Doch den Ruhm ernteten andere.

Auf einer Seite lesen: Nikola Tesla

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Aufnahmen zeigen erstmals die Struktur der neuartigen dritten Form des Magnetismus

Premiere: Physiker haben erstmals die dritte Form des Magnetismus sichtbar gemacht – den erst Anfang 2024 nachgewiesenen Altermagnetismus. Ihre Aufnahmen enthüllen die magnetischen Wirbelstrukturen und Domänen, die der Altermagnetismus in einem Magantellurid-Kristall erzeugt. Diese Kartierung ebnet den Weg zu einer gezielten Erzeugung und Nutzung dieser neuartigen Magnetismus-Form, die unter anderem die Spintronik voranbringen könnte, wie das Team in „Nature“ berichtet.

Paper: Nanoscale imaging and control of altermagnetism in MnTe | PDF

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Weitere magnetische Posts:

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Laserlicht für Mikrochips: Physiker haben einen Mini-Laser entwickelt, der nur aus Elementen der Siliziumgruppe besteht und daher perfekt in Siliziumchips integriert werden kann. Er ist zudem der erste elektrisch gepumpte Mini-Laser dieser Art, der kontinuierliche Laserstrahlung erzeugen kann. Damit könnte dieser aus Germanium, Zinn und Silizium bestehende Laser eines der zentralen Probleme der Silizium-Photonik lösen: die nahtlose Integration optischer Komponenten direkt in die Mikroprozessoren, wie das Team in „Nature Communications“ berichtet.

Paper: Continuous-wave electrically pumped multi-quantum-well laser based on group-IV semiconductors | PDF

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Das Alice-Team hat das Teilchen in älteren Kollisionsdaten des LHC gefunden. Bei der Auswertung half maschinelles Lernen.

Pressemitteilung: ALICE finds first ever evidence of the antimatter partner of hyperhelium-4

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Sonnensturm im Mai 2024 verursachte eine physikalisch schwer erklärbare Aurora über Japan

Mysteriöses Leuchten: Der Sonnensturm im Mai 2024 hat eine neuartige Form des Polarlichts verursacht – diese Aurora leuchtete blau statt wie sonst üblich rot oder grün. Eine solche Lichtemission ist ungewöhnlich und nur schwer mit gängigen Prozessen zu erklären, wie Forscher berichten. Denn typischerweise entstehen die Auroren bei solchen Sonnenstürmen durch angeregte Sauerstoffatome. Die blaue Färbung geht jedoch auf Stickstoff zurück – wie, ist jedoch noch ein Rätsel.

Paper: Spatial structures of blue low-latitude aurora observed from Japan during the extreme geomagnetic storm of May 2024 | PDF | EPUB

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Antimaterie wird mobil (www.scinexx.de)
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Premiere: Physiker haben erstmals eine Transportbox für Antimaterie konstruiert – eine mobile Magnetfalle für Antiprotonen. In ihr hält ein supraleitender Maget die Antiteilchen in einer Vakuumkammer in der Schwebe und verhindert so ihre Auslöschung durch Materiekontakt. Mit diesem System soll bald Antimaterie vom Forschungszentrum CERN in Labore in ganz Europa gebracht werden – eine weltweite Premiere. Das erste Ziel des ehrgeizigen Transport-Projekts ist ein Messlabor in Düsseldorf.

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„Leuchtende“ Premiere: Physikern ist es zum ersten Mal gelungen, das Aussehen eines einzelnen Photons zu visualisieren – der Grundeinheit allen Lichts. Dieser Durchbruch gelang mithilfe eines Modells, das die Freisetzung eines Photons aus einem Nanopartikel so präzise und umfassend wie nie zuvor rekonstruiert. Quasi als Nebeneffekt enthüllte dies auch Form und Schwingungsmoden dieses Lichtteilchens – und wie diese Merkmale durch die Entstehungsbedingungen geprägt werden.

Paper: Exact Quantum Electrodynamics of Radiative Photonic Environments | PDF

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Zusammenfassung durch ChatGPT:

Der „kosmische Kalender“, bekannt durch Carl Sagan, komprimiert die 13,8 Milliarden Jahre des Universums in ein Kalenderjahr: Der Urknall ist am 1. Januar, die Erde entsteht am 3. September, Leben erscheint am 16. September. Dinosaurier tauchen am 25. Dezember auf und verschwinden am 30. Dezember. Der moderne Mensch erscheint erst am 31. Dezember, wenige Minuten vor Mitternacht, und die gesamte Geschichte der Menschheit passt in die letzten Sekunden. Dieses Modell zeigt, wie winzig unsere Zeitdimensionen im Vergleich zur Geschichte des Universums sind.

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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:

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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

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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

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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

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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

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