Jahresrückblick Physik
Von Kugelblitzen und Wunderfolien

Im Jahr 2010 gewannen Physiker mit Klebeband und Bleistift den Nobelpreis, brachten mit bloßen Augen sichtbare Dinge in einen Quantenzustand und zündeten beinahe den ersten Mikrostern im Labor. Ein Rückblick auf das Physik-Jahr 2010.
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HEIDELBERG. Das Rennen um das Teilchen Gottes, das Higgs-Teilchen, ist immer noch unentschieden. Dennoch blicken die Teilchenphysiker am europäischen Kernforschungszentrum CERN auf ein ungewohnt erfolgreiches Jahr zurück: Im März fanden die ersten Kollisionen bei einer Rekordenergie von sieben Teraelektronvolt im weltgrößten Teilchenbeschleuniger LHC statt, in den folgenden Monaten stieg die Kollisionsrate um mehr als das Tausendfache.

Inzwischen konnten die Nachweisgeräte alle bekannten Teilchen des Standardmodells der Teilchenphysik nachweisen. Falls der Beschleuniger weiterhin so große Fortschritte macht, rechnen die Wissenschaftler damit, dass die Experimente spätestens im nächsten Jahr in Bereiche vorstoßen, in denen eine neue Physik möglich wäre.

Neben Protonen ließen die Physiker im LHC auch Bleiatomkerne aufeinanderprallen und stellten so einen neuen Hitzerekord auf: Sie erzeugten subatomare, zehn Milliarden Grad Celsius heiße Mikro-Feuerbälle - fast zwei Millionen Mal heißer als die Oberfläche der Sonne. Dies seien die höchsten Temperaturen und größten Dichten, die jemals in einem Experiment erreicht worden sind, hieß es. Mit diesem "Mini-Urknall" tasten sich die Forscher wieder etwas näher an den Urknall heran.

Melodien aus Atomen

Inzwischen ruht der LHC, wird gewartet und soll im Februar wieder mit Protonenkollisionen loslegen. Bis dahin kann man sich die bereits eingeholten Mengen an Messdaten ansehen - oder anhören. Möglich macht das eine von Physikern, Toningenieuren und Künstlern speziell entwickelte Software. Natürlich würde sich auch das sehnsüchtig erwartete Higgs-Boson durch eine charakteristische Melodie verraten, sollte es eines Tages tatsächlich in die Detektoren einschlagen.

Aber auch über längst bekannte Teilchen fanden Physiker in diesem Jahr erstaunliche Dinge heraus: Protonen fallen vier Prozent kleiner aus als bisher angenommen. Das ergaben die bisher präzisesten Messungen des Kernradius - jener Bereich, in dem sich die meiste Ladung aufhält. Warum die Ergebnisse derart von mit anderen Methoden gewonnenen Werten abweichen, wissen die Forscher bisher allerdings noch nicht. Ob tatsächlich Naturkonstanten geändert oder aber physikalische Theorien umgeschrieben werden müssen, sollen zukünftige Messungen klären.

Um die Größe geht es auch in einem anderen beeindruckenden Experiment, das Physiker dieses Jahr vorstellten. Die Forscher brachten eine mit bloßem Auge zu erkennenden mechanischen Oszillator in seinen quantenmechanischen Grundzustand - den Zustand niedrigster Energie - und verschränkten ihn anschließend mit einem supraleitenden Quantenbit. Auf diese Weise konnten sie das Plättchen in einen Zustand befördern, in dem es gleichzeitig ruhte und schwang.

Anders als andere Gruppen, die dasselbe Ziel verfolgen, nutzten die Wissenschaftler enorm hochfrequente Schwingungen und nahmen damit gewissermaßen eine Abkürzung. Denn hierbei müssen längst nicht so tiefe Temperaturen erreicht werden, um den Grundzustand zu erreichen. Mit rund 30 Mikrometern ist das Metallplättchen das bisher größte Objekt, das nachweislich den quantenmechanischen Gesetzen gehorcht.

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