Ein Experiment verändert GERADE die Physik für IMMER!

trotz allem was wir über die Natur des Universums gelernt haben von der fundamentalen elementaren Ebene bis hin zu den größten kosmischen Skalen die wir ergründen könnten sind wir absolut sicher dass es noch viele große Entdeckung zu machen gibt unsere derzeit besten Theorien sind natürlich spektakulär die Quantenfeldtheorie die die elektromagnetische Wechselwirkung sowie die starke und schwache Kernkraft beschreiben dann die allgemeine Relativitätstheorie die die Auswirkung der Schwerkraft schibt wo immer sie in Frage gestellt wurden von subatomaren bis hin zur kosmischen Größenordnung haben Sie stets gesiegt und doch können sie nicht einfach alles erklären was es gibt mit der derzeitigen Physik können wir nicht erklären warum es im Universum mehr Materie als Antimaterie gibt wir verstehen auch nicht was die Dunkle Materie ist ob die Dunkle Energie etwas anderes ist als eine kosmische konstante und was vor dem Urknall war und auf einer fundamentalen Ebene wissen wir nicht ob alle bekannten Kräfte in irgendeiner Weise unter einer übergreifenden Kraft vereint sind doch wir haben Hinweise darauf dass es im Universum mehr gibt als das was wir derzeit wissen aber ist eine neue fundamentale Kraft darunter es ist möglich und es gibt zwei völlig verrückte Wege um dies zu untersuchen [Musik] [Musik] legen wir direkt los und zwar mit Gewalt wenn man etwas bisher unbekanntes im Universum aufdecken will besteht ein Ansatz darin ist einfach auf eine extremere Art und Weise zu untersuchen als man es je zuvor getan hat z.B könnten wir ein Teleskop bauen das weiter in die Vergangenheit und mit höherer Auflösung als je zu vorshen kann oder einen Teilchenbeschleuniger der Teilchen mit höherer Energie als je zuvor zur Kollision bringen kann also der Ansatz der wirklich rohen Gewalt immer größer und immer stärker untersuchen wir das Universum unter extrem kleinen Bedingung als wir es jemals zuvor getan haben und es könnte zu einer neuen Entdeckung führen die uns eine Antwort liefert dies ist zumindest eine Option die wir auf Bezug oder die wir in Bezug auf das Universum immer erforschen sollten da unsere derzeitigen Grenzen in all diesen Bereichen nur durch die kombinierten Grenzen unserer Technologie gesetzt sind mit verbesserten Technologien können wir die extremrenzen des menschlichen Wissens extrem erweitern kein Trinkspiel draus machen wie oft ich extrem sage der zweite Ansatz ist ein wenig präziser er ist hochpräzis diese alternativ nämlich können wir erkennen dass unsere derzeitigen Theorien sehr genaue Vorhersagen machen und dass wir wenn wir experimentelle Messung bei der gleichen hohen Genauigkeit durchführen können sehen können ob es Abweichung von den Vorhersagen gibt die durch Experimente und Beobachtung bestätigt wurden ein sehr komplexer Satz dies kann auf verschiedene Weise geschehen unter anderem durch die Untersuchung einer immer größeren Anzahl von Teilchen Kollisionen oder Ereignissen durch immer genauere Kontrolle der Bedingungen der Versuchsparameter durch die Erhöhung der Reinheit ihrer Proben und so weiter es gibt viele Möglichkeiten dazu und ich habe ein h im Gesicht ein Moment vielen Dank jedes Mal wenn wir versuchen verbesserte experimentelle Verfahren anzuwenden oder durch die Beseitigung bekannter Fehlerquellen der Antwort nahe zu kommen nach der wir suchen können wir die Präzision erhöhen mit der wir das Universum untersuchen können es sind diese hochpräzisen Ansätze die in vielerlei Hinsicht ein vielversprechen s wenn es darum geht eine neue Kraft zu entdecken wenn man einen neuen Effekt sieht selbst in der zehten oder z nachkommestelle der nicht mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmt könte dies ein Hinweis darauf sein dass eine neue Kraft oder Wechselwirkung im Spiel ist der Schlüssel dazu ist die Suche nach den sogenannten Anomalien also Stellen an den Theorie und Experiment nicht übereinstimmen 2015 wurde ein Experiment durch geführt um das Verhalten des berelium 8 Kerns zu untersuchen beryium 8 ist ein besonderer Atomkern weil er ziemlich instabil ist das bedeutet er hält nicht ewig sondern zerfällt nach einer gewissen Zeit im normalen Zustand zerfällt er in zwei Helium Vierkern aber wenn berelium 8 zusätzliche Energie bekommt und somit angeregt wird sollte er laut Theorie in ein Photon also ein Lichtteilchen und zwei Helium Vierkern zerfallen es hatte 2015 Überraschung parat anstelle des erwarteten Photons entstand manchmal ein elektronpitronpar ein Elektron ist ein winziges Teilchen mit negati Ladung dass die Atome umkreist ein Positron ist das Gegenstück zum Elektron es hat dieselbe Masse aber eine positive Ladung dass sie zusammen auftreten ist nicht alltäglich und war in dem Kontext unerwartet weil die standardtheorien der Kernphysik Vorhersagen das berylium 8 hauptsächlich in Photonen und Helium Kern zerfällt doch das ist nicht alles ein weiteres überraschendes Ergebnis war dass dieses Elektron und Positon nicht einfach in jede beliebige Richtung wegflogen sie taten dies in einem spezifischen Winkel zueinander nämlich etwa 140° all dies war unerwartet weil es dem Vorhersagen nicht entsprach es wurde spekuliert dass es möglicherweise ein bisher unbekanntes Teilchen oder eine unbekannte Kraft diese Beobachtung erklären konnte doch natürlich konnte es ein Fehler in den theoretischen Berechnungen sein oder ein Messfehler im Experiment das dürfen wir nicht ausschließen doch in diesem spezifischen Fall hat die betroffende Gruppe zuvor drei Ergebnisse vorgelegt die jeweils die Entdeckung einer fünften Kraft und Hinweise auf neuartige Teilchen enthielten aber keines davon hat sich bewahrheitet die früheren Ergebnisse waren auf eine fehlerhafte Kalibrierung der Geräte zurückzuführen und obwohl viele immer noch diese Anomalie nachjagen sollte ein Experiment namens Padme die Frage ein für alle mal klären eine äußerst interessante Anomalie die in den letzten Jahren in der Physik aufgetaucht ist ist das monion g-2 Experiment das gerade mit viel und wohlverdientem Aufsehen versorgt wird denn die neuesten Ergebnisse sind veröffentlicht wordden die Folge dazu seht ihr hier oben da [Musik] Verzeihung die Folge dazu seht ihr hier oben wo ich im Detail drauf eingegangen bin und erkläre wie unglaublich wichtig das Experiment ist also um ein besseres Verständnis dafür zu bekommen warum wir eine neue Kraft brauchen das Video unbedingt anschauen und dann wieder hierin zurückkommen aber ich bespreche es noch mal und übrigens ein Abo hier auf dem Kanal wäre ziemlich kräftig was man nicht von dem Panel hinter mir sagen kann wenn man sehr genaue Vorhersagen hat die Möglichkeit sehr genaue experimentelle Ergebnisse zu erhalten muss man das Experiment einfach machen es ist eine Chance die Natur mit der größten Präzision aller Zeiten auf eine Weise zu testen wie sie noch nie zuvor erforscht wurde wenn es eine Anomalie gibt das heißt eine nicht Übereinstimmung zwischen theoretischen und experimentellen Ergebnissen könnte dies ein Hinweis auf eine neue Physik sein und eine Form der neuen Physik die auftreten könnte ist die Entdeckung einer neuen fundamentalen Kraft natürlich also hier geht es um das Mion g-2 Experiment aus den jüngsten Ergebnissen des fermilabs wissen wir dass das gemessene g-2 für das Mion das hier beträgt das ist eine sehr sehr präzise Antwort und unterscheidet sich deutlich von dem Wert hier es wurde also festgestellt dass die gemessenen Ergebnisse des Experiments von den Vorhersagen des Standardmodells abweichen diese Abweichung wurde einer beeindruckenden fün Sigma Signifikanz gemessen es bedeutet dass die Wahrscheinlichkeit dass dieses Ereignis rein zufällig ist extrem gering ist nämlich nur eine Chance in 3,5 Millionen das wäre normalerweise ausreichend um von einer wissenschaftlichen Entdeckung zu sprechen bei der Präsentation der Ergebnisse wurde deutlich dass die Forscher vom Fermilab ihr Experiment blind durchgeführt haben um sicherzustellen dass sie nicht von ihren Erwartungen beeinflusst werden das heißt also sie wussten nicht wirklich was sie erwartet und sie haben es getestet die theoretischen Unsicherheiten also wie genau unsere Theorien dieser Art vom Experiment vorhersagen können sind größer als zuerst angenommen dies wirft Fragen bezüglich der Bedeutung und Interpretation dieser Entdeckung auf das Kernproblem ist demnach nicht das Experiment selbst sondern wie wir die Ergebnisse aufgrund unserer aktuellen Theorien interpretieren bei der Untersuchung des genannten gyromagnetischen Verhältnisses des Mion sind einige Dinge einfacher zu berechnen als andere und das ist ein großes Problem z.B elektromagnetische Effekte das Berechnen ihrer Beiträge ist ziemlich einfach und die Unsicherheit hierbei ist minimal nur etwa ein Teil pro Milliarde also theoretisch gesehen einfach nur verdammt präzise die schwache kernwechselwirkung die Auswirkung können wir auch ziemlich genau bestimmen die Unsicherheit hierbei liegt etwa Z Teilen pro eine Milliarde das Problem beginnt allerdings wenn wir über die starke Kernkraft sprechen das beinhaltet die Rolle von Dingen wie Quarks und Gluonen diese Beiträge präzise zu berechnen ist keine einfache Aufgabe bei den Schwachen und elektromagnetischen Wechselwirkung nutzen wir bestimmte Methoden aber bei der starken Wechselwirkung funktionieren diese nicht es gibt allerdings zwei haupteinsätze Air ratio Methode hier verwenden wir Daten aus anderen Experimenten um die Effekte abzuschätzen was aber nicht wirklich präzise ist und es gibt die Gitter QCD Methode hier nutzen wir komplexe Berechnung von Supercomputern und beide Methoden haben ihre Befürworter beide Gruppen sind ziemlich sicher dass sie genau sind aber ihre Vorhersagen sind ziemlich unterschiedlich einige dieser Vorhersagen stimmen mit den jüngsten experimentellen Daten von firermilab überin andere tun das nicht was bedeutet es also für uns nun es ist noch kein Beweis für eine fünfte Kraft in der Physik aber es zeigt wie wichtig das mong- 2 Experiment ist wir müssen sicherstellen dass unsere theoretischen verhersagen mit dem übereinstimmen was im Labor gemessen wird vielleicht könnten uns die Daten tatsächlich auf eine neue fünfte fundamentale Kraft hinweisen aber um das herauszufinden brauchen wir mehr Genauigkeit in unseren Theorien die Ergebnisse des Mion g-2 Experiments sind ein großer Schritt in die richtige Richtung und die könnt ihr euch hier in dem Video anschauen okay stell dir vor es gibt ein geheimnisvolles Teilchen tief im Gewebe der Physik seit Ewigkeiten versuchen Forscher seine verborgenen Kräfte zu verstehen und jetzt wurde das Teilchen endlich eingefangen doch es ergibt überhaupt keinen Sinn es sind Gleichungen die unser Verständnis der Realität ins Wanken bringen könnten und jetzt reicht es mit der dramatischen Stimme hallo und ich bin wieder zurück aus meinem Urlaub gut aufpassen die Folge wird Hardcore seit mehr als einem halben Jahrhundert untersuchen Forscher die magnetischen Eigenschaften eines sehr flüchtigen subatomaren Teilchens namens Mion eine kürzlich durchgeführte Messung dieser Eigenschaft ist eine der genausten Messungen in der gesamten Wissenschaft die jemals durchgeführt wurde eine Messung auf die wir uns also verlassen könnten doch als die Wissenschaftler ihr Ergebnis mit einer theoretischen Vorhersage verglichen stimmten die beiden überhaupt nicht überein dies klingt nach einer kleinen Diskrepanz doch tatsächlich stellt es gerade die komplette Welt der Physik auf den Kopf denn dies hat sehr große Auswirkungen wenn sich diese Diskrepanz bestätigt könnten die Physiker gezwungen sein Ihre Theorien die die Naturgesetze beschreiben neu zu schreiben hier steht also eine Menge auf dem Spiel und wir werden wie es für uns nun mal typisch ist dem ganzen genau auf den Zahn fühlen [Musik] das Mion ist im Grunde genommen ein schwererer couson des bekannten Elektrons es ist ein subatomares Teilchen ähnlich dem Elektron aber mit einer Masse die etwa 200 mal größer ist es gehört zu der Familie der Leptonen sie sind eine Gruppe von subatomaren Teilchen die nicht stark wechselwirken die bekanntesten die euch auch bekannt sind ist natürlich das Elektron das in der Hölle von Atom zu finden ist das Mion um was es hier gerade geht und das tauteilchen das Mion hat eine negative elektrische Ladung und sie sind instabil so wie ich und zerfallen typischerweise innerhalb von 2,2 Mikrosekunden aber wo finden Sie sie sie können in der oberen Atmosphäre der Erde entstehen wenn kosmische Strahlen hochenergetische Partikel aus dem Weltraum in die Erdatmosphäre eindringen und mit den Atomen die wir hier so haben kollidieren trotz ihrer kurzen Lebensdauer können einige Millionen die Erdoberfläche erreichen bevor sie zerfallen und das passiert aufgrund der relativistischen Zeitdilatation bei hohen Geschwindigkeiten was wiederum so viel heißt dass die Teilchen für uns sehr schnell zerfallen aber die Teilchen selbst erleben die Zeit einfach nur ein bisschen anders und können somit längere Strecken überwinden als wenn sie mit der gleichen Geschwindigkeit die Zeit zu es ist verwirrend schaut euch das Video dafür an um mehr über die zeitetation zu erfahren denn darum geht es hier eigentlich nicht zusammengefasst durch ihre Geschwindigkeit können Sie länger existieren mit Hilfe der Gesetze der Quantenmechanik lässt sich auch die Stärke des magnitfelds für diese Art von Teilchen vorhersagen und in dem Moment habe ich mich gefragt wieso die Stärke des Magnetfelds überhaupt wichtig ist und hier kommt der Schlüssel und da müsst ihr jetzt mal aufpassen die magnitstärke eines Teilchens oft als sein magnetisches Moment bezeichnet gibt Aufschluss darüber wie das Teilchen in einem Magnetfeld reagiert für Teilchenphysiker ist das magnetische Moment von besonderem Interesse weil es durch die fundamentalen Theorien die die Eigenschaften von subatomalen Teilchen beschreiben wie z.B das Standardmodell der Physik genau vorhergesagt werden kann wenn das gemessende magnetische Moment eines Teilchens von der theoretischen Vorhersage abweicht könnte dies ein Hinweis auf neue Physik jenseits des Standardmodells sein wenn also Messung von dem Vorhersagen des Standardmodells abweichen könnte das bedeuten dass es andere Teilchen oder andere Naturkräfte gibt die die Abweichung verursachen und die bisher nicht im Standardmodell enthalten sind bei diesen Berechnungen um die es heute geht wird die Stärke des Magnetfelds durch eine dimensionslose zahlnamens G beschrieben aber das ist gar nicht so wichtig merken wir uns folgendes es wurde vorher gesagt dass g= 2 für Elektronen und mionen gilt doch in den 50ern haben Wissenschaftler g für Elektronen genau gemessen und festgestellt dass es etwa um 0,1% höher liegt das heißt g ist ungefähr 2,002 eine Messung für Millionen ergab das gleiche Ergebnis was als trivialer Unterschied erscheinen mag denn die Zahlen sind so winzig ist alles andere als das er veranlasste die Forscher eine verbesserte Form der Quantenmechanik zu entwickeln die Quantenelektrodynamik die abgekürzt QED enthält alle Merkwürdigkeiten der traditionellen Quantenmechanik und noch viel mehr ein Merkmal der QED ist dass sie vorher sagt dass der leere Raum gar nicht so leer ist stattdessen ist der Raum auf der Quantenebene ein recht komplizierter und wilder Ort an dem subatomare Teilchen fast augenblicklich erscheinen und verschwinden dieses Phänomen wird dann manchmal als quantenschau bezeichnet und ich weiß d von euch sehr klug sind und ihr würdet meinen dass die quantenfluktuation hier auch mitgemeint ist ja das habe ich mir auch gedacht aber dann habe ich recherchiert denn die quantenfluktuation ist zwar hier gemeint in einem kleinen Teil aber sie beziehen sich auf verschiedene Dinge quantenfluktuation bezieht sich auf die spontane Aktivität von Teilchen und Feldern im Vakuum während quantenschauumen sich auf die Struktur der Raumzeit selbst und deren mögliche schäumige ist das ein Wort schäumige Natur auf extrem kleinen Skalen bezieht was wiederum heißt dass ein Abo hier auf dem Kanal extrem extrem schäumig wäre also ist der quantenschum die Ursache für die Kleinen Verschiebung der magnetischen Eigenschaften des Mion da das Mion eine elektrische Ladung hat auch wenn sie negativ ist übt es eine Kraft auf die Teilchen des quantenscharms aus wobei einige Teilchen näh herangezogen werden während andere Teilchen leicht abgestoßen werden diese Veränderung der Verteilung der Teilchen im Schaum ist für die Abweichung von 0,1% verantwortlich da die Forscher an der Untersuchung des quantenschaums und nicht an den grundlegenden Eigenschaften des Mion interessiert sind ziehen Wissenschaftler die dieses Phänomen untersuchen manchmal den traditionellen Wert für G ab das Ergebnis wird als g-2 bezeichnet und das merken wir uns mal vorerst im Laufe der Jahrzehnte haben die Forscher immer genauere Messung von g-2 vorgenommen etwa einem Jahrzehnt haben Wissenschaftler an Brook National Laboratory in New York g-2 mit siebenstelliger Genauigkeit gemessen warum das so wichtig ist dazu kommen wir gleich beim Vergleich mit dem theoretischen Vorhersagen ergibt sich jedoch eine winzige Diskrepanz die beiden Stimmen nicht ganz bin und es gibt mehrere mögliche Erklärung für die Messung ist falsch die Vorhersage ist falsch oder beide sind richtig aber es gibt ein unbekanntes Phänomen das in der anerkannten Theorie nicht enthalten ist wenn dies der Fall ist ist die defenz ein Zeichen für eine Entdeckung um zu überprüfen ob die Messung korrekt war verlegten die Forscher ihre Ausrüstung von Brookhaven zum firermilab das firermilab hat eine deutlich bessere Ausrüstung und sie haben natürlich auch einen leistungsfähigeren Beschleuniger nach beträchtlichen Anstrengung zur Verbesserung der Apparatur zeichneten die firermilab Forscher mehrere Jahre lang Daten auf um ihre Ergebnisse die erst jetzt veröffentlicht wurden sie stimmten mit denen aus brooken üin der Wert von g-2 für ein mon beträgt eine Differenz wenn die experimentellen Messung solide zu sein scheinen wie sieht es dann mit den theoretischen vorersagen aus hier ist die Situation etwas komplizierter die QED kann zumindest im Prinzip die Auswirkung des quantenscharms auf die magnetischen Eigenschaften des meonss Vorhersagen das Problem ist dass die Berechnung extrem schwierig sind einige der Teilchen des Schaums interagieren ausschließlich über den Elektromagnetismus der berechenbar ist keine Frage kein Problem doch andere schaumteilchen erfahren die sogenannte starke Kraft die ist wiederum dafür verantwortlich dass Atome überhaupt erst irgendwie zusammengehalten werden und die ist wiederum viel schwieriger zu berechnen um die Dinge zu vereinfachen verwendeten die Physiker Messung aus früheren Experimenten um die schwierigen Teile der theoretischen Berechnung zu ersetzen also hier haben wir einen Prozess des Ersetzens dazu können wir später andere Forscher verfol jedoch einen anderen Ansatz indem sie die Wirkung der starken Kraft auf die magnetischen Eigenschaften des mions mit habe ich mions gesagt des Mion mit Hilfe von Computern berechneten ein Ansatz der Gitter QCD genannt wird und diese gitterbasierten Berechnung stimmten nicht mit den früheren theoretischen Ansätzen überein bei dem experimentelle Daten verwendet wurden und sie stimmten auch nicht mit den verschiedenen direkten Messungen von g-2 überein wenn auch nur mit einer geringen diskpanz doch wir wissen welche Auswirkung geringe deskpanzen haben können angesichts dieser Unstimmigkeiten steht momentan die Ver ich hte fast geflucht steht momentan die Wissenschaft auf den Kopf und viele Forscher konzentrieren sich darauf das Problem zu lösen wobei einige die Technik verfolgen schwierige Berechnung durch Messung zu ersetzen wie ich bereits erwähnt habe und andere ziehen die Gitter QCD Methode vor und verfeinern Sie auch also was ist wenn die Forscher zu einem Entschluss kommen dass die Vorhersage immer noch nicht mit der Messung übereinstimmt dann erleben wir eine große Revolution der Physik und die Einsicht dass den derzeitigen Theorien ein wichtiger wichtiger Teil fehlt wenn dies zutrifft besteht die Möglichkeit dass es Teilchen im quantenschumen gibt von denen wir derzeit noch nichts wissen eine bahnbrechende Aussicht wie geht es aber weiter die Theoretiker werden ihre Berechnung weiter verfeinern während die Experimentatoren weitere Daten sammeln und natürlich analysieren werden andere Physiker gehen natürlich davon aus dass die Diskrepanz zwischen Messung und Vorhersage Fortbestehen wird heute geht es um die BRE glasphase sie ist eine extrem seltsame Phase der Materie die bisher nur in der Theorie existierte doch nun wurde sie endlich in einem realen Material entdeckt die Phase dieser Materie hat eine seltsame und scheinbar paradoxe Anordnung von Atomen in einem Glasmaterial indem die Teilchen fast so angeordnet sind wie sie in einem perfekten Kristall geordnet wären die Wissenschaftler waren sich nicht einmal sicher ob breadglass überhaupt existiert aber es war da versteckt in einer Legierung aus Palladium die zwischen Schichten aus Terbium und Tellur eingefügt ist was eine Legierung ist und was das genau bedeutet das klären wir im Lauf der Folge aber die Entdeckung die von dem Physiker krishnaanand Malaya von der Kernel University geleitet und in nature physics veröffentlicht wurde wirft nicht nur ein Licht auf die Art und Weise wie sich Materialien verhalten können sondern demonstriert eine leistungsstarke neue Reihe von Techniken zu Untersuchung der atomaren Strukturen exotischer Materialien diese Entdeckung hat so einiges für unsere Zukunft zu bieten bleib dran um das Geheimnis der neuen Phase der Materie zu enthüllen [Musik] vielleicht sollten wir zu allererst klären was eine Phase ist wenn wir über Material sprechen die Phasen von denen wir sprechen haben mit der Art und Weise zu tun wie Atome und Moleküle angeordnet sind eine geordnete Phase z.B ist eine Phase in der die ühle in einem kristallinen Festkörper in einem sauberen geometrischen dreidimensionalen Muster angeordnet sind viele reine Metalle wie Eisen Kupfer und Aluminium sowie liierungen wie Stahl und Messing haben kristalline Strukturen diese Materialien sind selbstverständlich grundlegend für Bauwesen Fertigung Elektronik und viele andere Industriezweige doch eine ungeordnete Phase ist ein wenig anders es ist eine Phase in der die einzelnen Atome durcheinander sind sie sind durcheinander angeordnet Flüssigkeiten sind auf diese Weise ungeordnet aber auch einige Feststoffe wie z.B Glas diese Unordnung erlaubt z.B Transparenz aber dazu kommen wir ein wenig später und zwischen diesen Anordnung sagten die Physiker die Existenz einer dritten Phase voraus das ist das brickglas ein brickglas nelt tatsächlich einem Puzzle bei dem die Teile fast perfekt zusammenpassen aber kleine Unregelmäßigkeiten das Bild leicht verzerrt erscheinen lassen in diesem Material wollen sich winzige magnetische Linien ähnlich einigen unsichtbaren Fäden in einer ordentlichen Formation anordnen doch kleine Störungen im Material selber verhindern eine perfekte Anordnung trotzdem gelingt es den magnetischen Linien eine Art Muster zu bilden das zwar nicht perfekt aber immer noch ziemlich geordnet ist doch wozu das Ganze wozu brauchen wir breakglas wozu soll es gut sein nun das werde ich erklären aber ihr müsst wirklich gut aufpassen okay denn genau nach diesem breakglass wurde von Malaya und seinem Team gesucht sie dachten es in einem Material finden zu können das eine ladungsdichtewelle kurz CDW enthält ein CDW ist tatsächlich ein sehr interessantes Phänomen das in bestimmten Materialien Auftritt besonders in solchen die nur wenige Atomlagen dick sind also quasi zweidimensional aber zwei fragen wozu ist sie gut wozu ist eine CDW gut und wie kann ich mir sie eigentlich vorstellen also ersteres eine Ladungsdichte wellelle ist wie eine regelmäßige Welle von Elektronen in einem Material die sich wiederholt und einzigartige Eigenschaften schafft sie kann dazu führen dass das Material elektrischen Strom effizienter leitet indem es die Elektronen in einer geordneten Weise fließen lässt zweiteres nun stell dir vor die Elektronen in ein sind normalerweise ja gleichmäßig verteilt ähnlich wie die Zuschauer in einem Fußballstadion die über die gesamten räe verteilt und gleichmäßig sitzen obwohl ich keine Ahnung von Fußball habe bringe ich eine Analogie über Fußball aber weiter im Text doch bei einer ladungsdichtew gruppieren sich diese Elektronen oder Zuschauer in regelmäßigen Abständen zu dichteren Gruppen ähnlich wie wenn sich alle im Stadion in bestimmten Bereichen sammeln würden während andere Bereiche natürlich leer bleiben diese Gruppierung bildet ein Wellen artiges Muster über das Material wobei die Dichte der Elektronen in einem rhythmischen Muster zu und abnimmt doch aufpassen man mag sich das vorstellen wie eine Bewegung durch ein Material aber diese Welle ist nicht eine Bewegung der Elektronen durch das Material sondern eine stehende Welle ihrer Verteilung eine regelmäßige auf und Abwendung der Elektronendichte die fest im Material verankert ist aber wofür ist das alles wirklich gut wozu brauchen wir diese Ladungsdichte das ist ein wenig schwer zu beantworten denn ladungsdichtewellen finden sich zwar in sehr spezialisierten Materialien die nicht unmittelbar in alltäglichen Produkten auftauchen aber die Prinzipien und Erkenntnisse die aus der Forschung an CDWS gewonnen werden haben wichtige Implikationen für Technologien die wir dann tatsächlich täglich nutzen z.B dein Smartphone Laptop oder Tablet es könnte schneller laufen verbraucht weniger Energie und hat eine viel längere Akkulaufzeit weil die Elektronikbauteile darin auf einer tief quantenmechanischen Ebene optimiert wurden diese Erkenntnisse wenn wir die Erkenntnisse aus der cdwforschung gewinnen könnten tatsächlich zur Entwicklung neuer Materialien führen die diese Verbesserung ermöglichen indem sie die Art und Weise wie Elektronen durch die Bauteile fließen viel effizienter machen für unsere Zukunft also in 100 Jahren könnte das folgendermaßen [Musik] aussehen in dieser Zukunft haben die Spam die Scammer und gefährliche mware die Welt zu Asche verwandelt wir haben den Krieg verloren gekämpft haben wir und uns ständig gefragt was hätten wir anders machen können was wäre passiert wenn streaminganbieter uns nicht regional von anderen Serien auf diesem Planeten so abgeschottet [Musik] hätten hätten wir den Kampf gewonnen ja sichery hi ich bin entropy aber ich existiere nur noch als eine Hand eine Hand die damals vor 100 Jahren mal lieber nordvpn hätte installieren sollen wirklich ja natürlich ich meine stell dir vor du hättest vor 100 Jahren die Chance einfach mal nordvpn zu installieren du hättest einen super bedrohungsschutz der dich über die Schwachstellen in deinen Apps informiert hät mir das mal gemacht hätten die Menschen damals doch nur meinen Link benutzt nordvpn.com/entropywse und sich einen riesigen Rabatt gesichert 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denkst du ich will das ich gebe zu das war eine sehr komische Prophezeiung der Zukunft doch Malaya und sein Team suchten nach einem speziellen Zustand der ähnliche Ordnungsprinzipien wie das breakglass aufweist aber in einem Material mit einer solchen ladungsdichtewelle sie waren daran interessiert wie sich diese geordneten Muster in Anwesenheit der CDW Phänomene verhalten und ob diese Strukturen neue einzigartige Eigenschaften offenbaren die für technologische Anwendung dann wiederum genutzt werden kann und für uns im Alltag tatsächlich greifbarer wird keine Sorge das erkläre ich jetzt auch im Detail in einer langreichweitigen geordneten Phase korreliert die CDW mit der Struktur des Materials und hält unbegrenzt an für einen ungeordneten Zustand bricht sie innerhalb einer endlichen Entfernung zusammen und bei breakglass was bisher immer noch theoretisch ist löst sich die die Korrelation auf allerdings viel langsamer und über eine längere Strecke als beim ungeordneten Zustand und sie scheint erst bei unendlicher Entfernung zu verschwinden was hier tatsächlich sehr wichtig wird das erkläre ich jetzt ein wenig einfacher okay zuerst was sind Phasen und wo finden wir sie eigentlich nun langreichweitig geordnete Phasen diese findet man in Halbleiterbauelementen die in nahe zuu allen elektronischen Geräten verwendet werden z.B Smartphones Computern Fernsehern Halbleitermaterialien wie sizilium haben eine langreichweitige kristalline Anordnung die für die Funktion von Transistoren und Chips essentiell ist indem sie natürlich den gezielten Fluss von Elektronen ermöglichen ein ungeordneter Zustand das sind amopome Materialien wie Glas und Fensterscheiben oder Bildschirm von Smartphones und Tablets diese Materialien haben keine langreichweitige Ordnung auf automara Ebene was ihn besondere optische und mechanische Eigenschaften Verleih wie Transparenz und gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit und die dritte ist die bricksglass Phase aber die haben wir bisher noch nicht entdeckt doch wir wären ja hier nicht bei entropy wenn das so geblieben wäre wir haben jetzt also gut abklären können was diese Phasen sind die Frage ist jetzt wie verhält sich so eine CDW in diesen Phasen drinne und auch hier keine Sorge ich werde das im Detail erklären ich werde es aber versuchen mit Analogien zu erklären wie sich eine CD in den Phasen verhält hier kannst du dir eine Welle vorstellen und sie bewegt sich über einen großen ruhigen See die Welle kann sich weit und ungestört ausbreiten ohne an Stärke zu verlieren in einem Material entspricht dies einer Situation in der die CDW sich perfekt mit der inneren Struktur des Materials verbindet und sich über das ganze Material ohne jegliche Unterbrechung ausbreitet das ist als ob die Welle und der See in perfekter Harmonie sind hier da kannst du dir etwas vorstellen wie eine Welle die auf eine Gruppe von Felsen trifft die nah am Ufer liegen die Welle wird gestört bricht auseinander und verliert schnell an Stärke sobald sie auf die Hindernisse trifft in einem Material bricht die CDW in Anwesenheit von Unordnung wie Verunreinigung oder defekte ebenfalls zusammen und kann sich nur über eine begrenzte Entfernung halten bevor sie ihre eigene Struktur verliert in diesem Fall ist es als ob die Welle auf eine Sam abfallende Sandbank trifft die Welle wird langsamer und breitet sich weniger stark aus als auf den offenen Wasser aber sie verschwindet nicht sofort stattdessen verliert sie allmählich und über eine viel längere Strecke an Stärke im Material behält die CDW trotz der Unordnung eine Art von Ordnung bei die sich über eine lange Distanz erstreckt aber nicht so perfekt ist wie medial geordneten Zustand die Korrelation zwischen den Wellenmustern der Elektronen und der matalstruktur löst sich nur sehr langsam auf und scheint theoretisch erst bei unendlicher Entfernung vollständig zu verschwinden und genau hier geht es los das Team von der colernel University haben einen Weg gefunden die schwer fassbare Break gllasphase Materialien durch eine Kombination aus fortschrittlichen Experimenten und Datenanalysen zu identifizieren sie nutzten etwas Bestimmtes ein Material das sich für ihre Untersuchung eignete und sie setzten es im arggen National Laboratory rönkenstrahlen aus um dann die Struktur im Inneren zu analysieren mit einem speziellen dataanalysse Tool dem xrate temperature clustering oder kurz xteag so konnten sie tausende von cdwpaks analysieren und so die Existenz der brickglassphase nachweisen Malaya und sein Team behaupten anhand der CDW peakasymmetrie endlich die Existenz der breckglass Phase zu identifizieren und damit ihre reale Existenz experimentell bestätigt zu haben und dies stellt einen bedeutenden Fortschritt im Verständnis dieser schwerfassbaren Phase da doch was bringt es mir was bringt es dir wenn sie jetzt dieses breakglas wenn die die breakglasphase entdeckt haben nun die Anwendung könnte in der Zukunft vor allem in der Entwicklung von Hochleistungselektronik und fortschrittlichen Supraleitern liegen also z.B in der Medizin MRT Geräte oder verlustfreie Stromübertragung und natürlich Quantencomputern aber auch das würde uns irgendwie nicht helfen aber dazu kommen fortschrittliche Technologien die z.B bei Smartphones für viel längere Akkulaufzeiten sorgen werden und das in Kombination mit dem wohl größten Durchbruch des Jahres direkt aus Deutschland könnte die Zukunft der Technologien echt gut aussehen deutsche Forscher haben nämlich geschafft einen zeitkristall stabil zu halten und das für eine unbestimmte Zeit was vorher nur Bruchteilen von Sekunden gehalten werden konnte kann jetzt für immer stabil bleiben im Jahr 2017 schickte eine kilanova Licht und Gravitationswellen durch das Universum hier auf der Erde kam das Signal mit einer Verzögerung von 1,7 Sekunden an warum es gibt eine wichtige Regel in der Relativitätstheorie der soweit wir wissen alle Objekte gehorchen müssen wenn man sich ohne Masse durch das Vakuum des Weltraums bewegt ist man gezwungen sich genau mit der Lichtgeschwindigkeit zu bewegen dies sollte auch wie wir in diesem Video festgestellt haben auch für Gravitation zu treffen selbst wenn die Schwerkraft nicht von Natur aus quantenmechanisch ist sollte die Geschwindigkeit der Schwerkraft genau gleich der Lichtgeschwindigkeit sein doch als wir die erste Verschmelzung von Neutronensternen sowohl mit Gravitationswellen als auch mit Licht beobachteten waren die Gravitationswellen mit einem beträchtlichen messbaren Vorsprung zuerst hier auf der Erde mit fast 2 Sekunden was ist die Erklärung dafür auch wenn das Signal aus einer Entfernung von 130 Millionen Lichtjahren kam sollte die Entfernung keine Rolle spielen wenn die Signale zu gleichen Zeit erzeugt wurden sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen und den gleichen Weg nehmen dann sollten Sie auch zu gleichen Zeit angekommen sein was passiert hier [Musik] am 17 August 2017 kam das Signal eines Ereignisses das 130 Millionen Lichtjahre ent fernt stattfand endlich auf der Erde an irgendwo in einer weit entfernten Galaxie waren zwei neutronenst in einen gravitationstanz verwickelt bei dem sie einander mit Geschwindigkeiten umkreisten die einen erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit erreichten dabei verzerrten sie das Raumgefüge sowohl durch ihre Masse als auch durch ihre Bewegung relativ zu dem gekrümmten Raum durch den sie sich bewegten wenn Massen durch den gekrümmten Raum beschleunigt werden senden sie winzige Mengen an unsichtbarer Strahlung aus die für alle lichtbasierten Teleskope unsichtbar sind sind Gravitationsstrahlung diese Gravitationswellen verhalten sich wie Wellen im Gewebe der Raumzeit selbst die Energie aus dem System abühren und den Zerfall der gegenseitigen Umlaufbahnen bewirken im Laufe der Zeit begannen sich die beiden Neutronensterne zu inspirieren sie kamen sich also nahe wobei die Gravitationswellen die Energie der Umlaufbahn abtransportierten soass die beiden Objekte immer näher zusammenrückten in einem kritischen Moment kamen die beiden sich sehr nahe dass sie sich irgendwann physisch berührten was zu einer der spektakulärsten wissenschaftlichen Entdeckung aller Zeiten führte sobald die beiden Sterne kollidierten endete das gravitationswellensignal abrupt alles was die Detektoren auf der Erde sahen stammte aus der Inspirationsphase bis zu diesem Moment danach herrschte absolute gravitationswellentille ein schwarzes Loch wurde geboren und dann geschah es 1,7 Sekunden später nachdem das gravitationswellensignal erlöchen war traf das erste Signal ein Gammastrahlen die in einem einzigen gewaltigen Ausbruch ankam in den kommenden Wochen begann das Licht auch in anderen wellenen zu leuchten da fast 100 professionelle Observatorien das spektakuläre Nachglühen der neutronensternverschmelzung beobachteten einerseits ist dies wirklich bemerkenswert das Ereignis fand in einer Entfernung von 130 Millionen Lichtjahren statt weit genug entfernt dass das Licht 130 Millionen Jahre brauchte um von der Galaxie wo es halt stattfand zu uns zu gelangen damals als diese Verschmelzung stattfand war der Planet Erde ein ganz anderer Ort gefiederte Vögel gab es erst seit 20 Millionen Jahren die ersten blühenden Pflanzen waren gerade erst in der Entstehung und die größten Dinosaurier waren noch nicht geboren was erst 30 Millionen Jahren der Fall sein sollte während dieser ganzen Zeit von damals bis heute reisten sowohl das Licht als auch die Gravitationswellen dieses Ereignisses durch das Universum und bewegten sich mit der einzigen Geschwindigkeit die Sie erreichen konnten der Lichtgeschwindigkeit bis sie nach einer Reise von 130 Millionen Jahren auf der Erde ankam zuerst trafen die Gravitationswellen aus der Inspirationsphase ein und bewegten die Spiegel unserer gravitations Detektoren um einen unglaublich kleinen Beitrag weniger als einus der Größe eines einzelnen Protons und dann nur 1,7 Sekunden nach dem Ende des gravitationswellenereignis traf auch schon das erste Licht des Ereignisses ein damit hatten wir sofort die beeindruckendste physikalische Messung der gravitationsgeschwindigkeit die es je gab sie entsprach der Lichtgeschwindigkeit zu mehr als einem Teil in einer Billiarde die beiden Wellen trafen in weniger als 2 Sekunden Abstand voneinander ein zuvor hatten wir zwar ausgezeichnete theoretische Gründe für die Annahme dass die schwerkraftgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit sein müsste aber wir hatten nur indirekte Hinweise drauf dass die beiden mit einer Genauigkeit von etwa 0,2% übereinstimmen die Verbesserung unserer Beschränkungen um mehr als 12 Größenordnung mit einer einzigen Beobachtung stellt den größten Sprung da der mit einer einzigen Messung in der Geschichte der Menschheit erreicht werden konnte aber bedeutet dies nun dass die Geschwindigkeit der Schwerkraft und die Lichtgeschwindigkeit nicht ganz gleich sind dass ich vielleicht entweder die Schwerkraft etwas schneller als c bewegt oder dass sich das Licht selbst ein winziges bisschen langsamer als die Lichtgeschwindigkeit bewegt so als hätte es eine winzige aber von Null abweichende verschiedene Ruhemasse einfach ausgedrückt wenn Licht eine Ruhemasse gleich null hätte und diese Masse schwer genug wäre um zu erklären warum Gravitationswellen 1,7 Sekunden früher als Licht ankommen nachdem sie 130 Millionen Lichtjahre durch das Universum gereist sind dann würden wir Radiowellen beobachten die sich deutlich langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen zu langsam um mit dem zu übereinstimmen was wir bereits beobachtet haben das ist ein großes Problem die Herausforderung besteht darin die richtige Erklärung zu finden die zu allen Facetten unserer Beobachtung passt und den noch eine gute Vorhersagekraft für die Signale hat die im Vergleich zu den tatsächlichen aufgetretenen Signalen auftreten sollten doch das wäre irgendwie nicht möglich das würde fast an Magie Grenzen und doch haben es Wissenschaftler irgendwie geschafft der Schlüssel liegt darin über die Objekte nachzudenken die miteinander verschmelzen über die Physik die dabei im Spiel ist und über diese die Sie wahrscheinlich erzeugen werden wir haben dies bereits für die Gravitationswellen getan und detailliert beschrieben wie Sie während der kollidierungsphasen erzeugt werden und nach der Verschmelzung wieder verschwinden jetzt ist es an der Zeit ein wenig tiefer zu gehen und über das Licht nachzudenken bis diese beiden Neutronensterne sich berührten wurde kein zusätzliches Licht erzeugt sie leuchteten einfach so wie Neutronensterne Leuchten schwach bei hohen Temperaturen aber mit winziger Oberfläche und selbst mit unserer heutigen Technologie aus 130 Millionen Lichtjahren Entfernung völlig unauffindbar Neutronensterne sind nicht wie schwarze Löcher sie sind nicht punktförmig stattdessen sind sie kompakte Objekte typischerweise mit einem Durchmesser von 20 bis 40 km aber dichter als ein Atomkern sie werden neutronenstänne genannt weil sie zu etwa 90% aus Neutronen bestehen mit anderen Atomkernen und ein paar Elektronen am äußeren Rand wenn zwei neutronsterne zusammenstoßen gibt es drei Möglichkeiten die sich daraus ergeben sie können einen weiteren Neutronenstern bilden sie können auch kurzzeitig einen Neutronenstern bilden der dann aber in weniger als einer Sekunde zu einem schwarzen Loch kolladiert oder man kann direkt ein schwarzes Loch bilden ohne diesen Zwischenschritt aus dem gravitationswellensignal das bei dem Ereignis mit der offiziellen Bezeichnung g W 170817 auftrat wissen wir dass dieses Ereignis in die zweite Kategorie fällt das Signal der Verschmelzung und das Signal nach der Verschmelzung existierten einige hundert Millisekunden lang bevor es in einem Augenblick vollständig verschwand was wiederum darauf hindeutet dass sich für eine kurze Zeit ein weiterer Neutronenstern bildete bevor sich ein Ereignishorizont bildete und das ganze verschlang aber trotzdem ist dann ja irgendwie noch Licht ausgetreten die nächste Frage ist einfach wie wir müssen hier Bedenken es entstand ein schwarzes Loch und es entstand ein kurzer Neutronenstern aber wir hatten das Licht bereits das heißt woher kam der gammaausbruch wie wurde also das Licht das wir beobachtet haben erzeugt und auch hier gibt es drei Möglichkeiten die wir uns tatsächlich vorstellen können es geschah unmittelbar sobald sich die Neutronensterne berührten durch Prozesse die in an ihren Oberflächen abgelaufen sind oder erst nachdem das Material abgestossen wurde wo es mit dem umgebenen Material zusammengestoßen ist und daraus dann Licht erzeugt wurde oder aus dem Inneren von Neutronensternen wodurch Reaktion Energie erzeugt wird die erst dann abgestrahlt wird wenn sie sich nach außen ausbreitet in jedem Szenario breiten sich die Gravitationswellen tatsächlich ungestört aus sobald das Signal erzeugt wurde aber das Licht benötigt eine zusätzliche Zeit um nach außen zu gelangen jedes dieser Szenarien könnte die Verzögerung von 1,7 Sekunden bei der Ankunft des Lichts in Bezug auf Gravitationswellen leicht erklären am 25 April 2019 konnten wir jedoch eine weitere neutronensternverschmelzung im gravitationswn beobachten die Masse reicher war als unsere vorherige Verschmelzung es wurde keinerlei Licht emittiert was gegen das erste Szenario spricht und es sieht so aus als ob Neutronensterne kein Licht erzeugen sobald sie sich berühren stattdessen erfolgt die Lichtemission erst nach der Emission von Gravitationswellen mit nur zwei direkten Nachweisen von verschmelzenden Neutronensternen durch die Emission von Gravitationswellen es ist ein Beweis dafür wie unglaublich präzise die Wissenschaft der gravitationswellenastronomie geworden ist das wir alles was wir haben rekonstruieren können wenn man die elektromagnetischen folgebeobachtung des Ereignisses von 2017 hinzunimmt bei dem ebenfalls Licht erzeugt wurde haben wir definitiv gezeigt dass ein großer Teil der schwersten Elemente in unserem Universum einschließlich Gold Platin Jod und Uran aus diesen neutronensternverschmelzungen stammt das Licht wird erst nach dem Ende des gravitationswellenereignis erzeugt und kann durch den Durchgang durch das Material weiter verzögert werden obwohl sich Licht und Schwerkraft in einem Vakuum genau mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kam das Licht das wir gesehen haben deshalb erst fast 2 Sekunden nach dem Ende des gravitationswellensignals an hast du dich jemals gefragt wie es aussehen würde wenn man die geheimnisvollen und oft verwirrenden Prozesse der Quantenmechanik und quantenverschränkung direkt beobachten könnte es klingt fast wie Science Fiction oder aber jetzt gibt es eine Möglichkeit dazu es gibt eine Methode die genau das ermöglicht sie bringt die abstrakten Konzepte der Quantenwelt in eine greifbare und sichtbare Realität du musst nicht länger versuchen dir diese komplexen Phänomene vorzustellen die Quantenmechanik ist ein überaus spannender Bereich der die Regeln wie wir die Welt um uns herum verstehen einfach anders definiert im Gegensatz zur klassischen Physik die super funktioniert um Dinge wie den Flug eines Balls oder die Laufbahn eines Planeten zu beschreiben befasst sich die Quantenmechanik mit den seltsamen und oft kontraintuitiven Verhaltensweisen von winzigen Teilchen doch es war immer eine unfassbar schwierige Aufgabe um diese kleine Welt auch sichtbar zu machen bis jetzt [Musik] [Musik] innerhalb dieser Quantenwelt gibt es ein Phänomen namens Verschränkung das ist wenn z.B zwei Photonen also die kleinsten Lichtteilchen auf eine Art und Weise miteinander verbunden sind dass das was mit dem einen passiert sofort das andere beeinflusst egal wie it sie voneinander entfernt sind ein weiterer Schlüsselbegriff in der Quantenmechanik ist die Wellenfunktion in dieser Mikrowelt ist die Wellenfunktion ein zentrales Konzept mathematisch gesehen repräsentiert sie den Zustand eines quantensystems und enthält alle möglichen Informationen über dieses System die Wellenfunktion gibt uns wahrscheinlichkeitsamplitüden darüber wo ein Teilchen zu einem gegebenen Zeitpunkt gefunden werden kann sie erlaubt uns nicht nur zu sagen wo ein Teilchen wahrscheinlich ist sondern auch mit welcher Wahrscheinlichkeit es in einem bestimmten Zustand ist wenn tatsächlich eine Messung ein dem Quantensystem durchgeführt wird zwingt der Akt der Messung das System dazu einen dieser möglichen Zustände auszuwählen und diesen Zustand zu realisieren dieser abrupte Übergang von einer Überlagerung von Möglichkeiten zu einem konkreten Ergebnis wird als Kollaps der Wellenfunktion bezeichnet und ein klassisches Beispiel dafür ist das Doppelspaltexperiment den Doppelspaltexperiment wird ein Strahl von Teilchen z.B Elektronen oder Protonen auf eine Barriere mit zwei sehr eng beieinanderliegenden Schlitzen gerrichtet hinter dieser Barriere befindet sich ein Detektor z.B ein Bildschirm der registriert wo jedes Teilchen landet würde man sich auf die klassische Physik verlassen würde man erwarten dass die Teilchen entweder durch den einen oder den anderen Spalt gehen und dann auf dem Detektor zwei getrennte Reifen hinterlassen einen hinter jedem Spalt wenn man jedoch den Detektor betrachtet ohne zu versuchen herauszufinden durch welchen der beiden Spalten das Teilchen gegangen ist bemerkt man einen deferenzmuster dieses Muster zeigt helle und dunkle Streifen auf dem Detektor das Interferenzmuster entsteht wenn Wellen sich überlagern bei konstruktiver Interferenz also wenn die Wellen oder wellentäher von zwei Wellen Zusammentreffen da wird ein heller Streifen erzeugt bei destruktiver Interferenz wenn der Wellenberg der einwelle auf das wellenteil der anderen trifft ein dunkler Streifen das Muster deutet also darauf hin dass das Elektronen sich wie eine Welle verhält das sich durch beide Spalte gleichzeitig ausbreitet und mit sich selbst interagiert jetzt wird es allerdings noch merkwürdiger wenn man versucht zu messen durch welchen Spalt jedes Teilchen geht z.B durch das Anbringen eines Detektors an einem Spalt verschwindet das Interferenzmuster und es erscheinen die erwarteten zwei Streifen auf dem hauptdetektor dies impliziert dass die bloße Beobachtung oder Messung beeinflusst wie sich das Teilchen verhält und dieses Experiment zeigt das Teilchen wie Elektronen sich sowohl wie Teilchen als auch wie Wellen verhalten können ein Phänomen das als welleteilchendualismus bekannt ist wenn man das Verhalten des Teilchens nicht misst also nicht beobachtet zeigt es Welleneigenschaften und erzeugt ein Interferenzmuster sobald man jedoch eine Messung vornimmt und beobachtet welchen Teil oder welchen Weg das Teilchen nimmt kollabiert die Wellenfunktion und das Teilchen erzeugt wieder teilcheneigenschaften das Interferenzmuster verschwindet und es verhält sich so als wäre das Teilchen durch nur einen Spalt gegangen die Wellenfunktion ist verständlicherweise ein debattiertes und philosophisch hinterfragtes Konzept es stellt die Frage warum und wie genau der Messprozess die Realität beeinflusst und zu welchem Zeitpunkt genau der Kollaps auftritt und bisher war es eine echte Herausforderung die Wellenfunktion direkt zu visualisieren besonders bei verschränkten Systemen es war ein komplexes Unterfangen allein für unsere Fantasie solche ein Prozess sich erst vorzustellen die Messung einer Eigenschaft des Photons würde die Wellenfunktion in einem bestimmten Zustand ieren lassen und aufgrund der Verschränkung wird diese Veränderung vom verschränkten Partner sofort wahrgenommen egal wie weit es sich entfernt hat und es klingt nach einem Nachteil aber das ist es gar nicht aber dazu kam wir gleich um die Eigenschaft eines quantenzustands zu verstehen sind viele Messungen erforderlich und je komplexer der Zustand ist desto mehr Messungen sind nötig übrigens ein ein Abo auf dem Kanal wäre hier ziemlich funktional und genau hier altt uns die digitale bifotonholographie zuur Hilfe dieser Ansatz ermöglicht es die Wellenfunktion von verschränkten Photonen in Echtzeit zu visualisieren ind dem Interferenzmuster erzeugt werden die sich aus der Überlagerung eines Bekannten quantenzustands mit dem Unbekannten Zustand ergeben und ich könnte ja so viel quatschen wie ich will aber so sieht das aus und ich finde das ist ziemlich unglaublich die bipotonen Holographie versucht das mal sehr schnell auszusprechen gar nicht so leicht nutzt die Eigenschaft verschränkter fotonen und die Phänomene der Interferenz um ein detailliertes Bild also ein Hologramm eines quantensystems zu erzeugen dieses Hologramm liefert wertvolle Information über die Wellenfunktion des Systems die Methode beginnt mit einer spezialisierten Lichtquelle die in der Lage ist verschränkte Photonenpaare zu erzeugen die besondere Natur dieser Photonen besteht darin dass sie in einem Zustand sind indem die Messungen eines Photons den Zustand des anderen sofort festlegt unabhängig von ihrer Entfernung zueinander ein Photon des verschränkten Paares wird dann in einem Interferometer geleitet indem es mit einem Photon aus einem Bekannten Zustand überlagert wird hier entsteht ein Interferenzmuster aus der Überlagerung ein Muster aus hellen und dunklen Streifen währenddessen wird das andere Photon des besschränkten Paares durch ein detekt ver Detektionssystem erfasst die Stelle an der dieses Photon detektiert wird gibt Aufschluss über die Eigenschaften des Interferenzmusters des ersten Photons dies ist das Herzstück der biphotonholographie die Tatsache dass die Information von einem Photon zum anderen übertragen werden können aufgrund ihrer verschränkten Natur ist hier der Schlüssel durch Kombinieren der Daten aus diesen beiden Vorgängen kann tatsächlich ein Hologramm erstellt werden dass die Wellenfunktion des quantensystems repräsentiert dieses Hologramm wird dann analysiert um ein tiefes Verständnis des untersuchten quantensystems zu erhalten die bifotonholographie bietet eine deutlich effizientere Methode zur Untersuchung von Quantensystemen im Vergleich zu herkömmlichen Techniken die Fähigkeit die Wellenfunktion eines Systems direkt und effizient zu visualisieren kann beispielsweise in der Quanteninformationsverarbeitung oder in der Quantenkommunikation von unschätzbarem Wert sein aber das ist nicht nur ein interessanter theoretischer Ansatz diese Methode stützt sich auf ein Kamerasystem das Ereignisse mit einer Auflösung von Nanosekunden auf jedem Pixel aufzeichnen kann diese Methode ist tatsächlich exponentiell schneller als frühere Techniken und benötigt nur Minuten oder Sekunden statt Tage wichtig ist dass die Erkennungszeit nicht von der Komplexität des Systems beeinflusst wird was noch viel beeindruckender ist eine Lösung für das seit langem bekannte bevorstehende Problem es ist eine Lösung für das nun ein Problem der Visualisierung wir können tatsächlich solche Sachen ein wenig besser skalieren und sehen die Ergebnisse und die Bilder sind natürlich in der Videobeschreibung verlinkt für euch falls ihr sie nachlesen möchtet und ich kann es euch nur empfehlen ansonsten empfehle ich euch unbedingt das hier das das das Video hier anzuschauen sonst werde ich ziemlich böse ich bedanke mich fürs zusehen bis zur nächsten Episode schaut das Video