Quantencomputer: Welche Qubit-Technologie macht das Rennen?Supraleitende Schaltkreise, neutrale Atome oder Ionenfallen – es gibt viele verschiedene Ansätze, Qubits zu realisieren. Ein Überblick über die aktuellen Favoriten.
Navigation: Zwei Mathematiker lösen erstmals das GPS-ProblemWie viele Satelliten braucht man, um eine exakte Navigation zu gewährleisten? Lange gab es nur Spekulationen – doch nun haben Fachleute eine überraschende Antwort gefunden.
Optik: Lebensmittelfarbe macht Haut durchsichtigNormalerweise kann man durch Haut nicht hindurchsehen, weil sie das Licht zu stark streut. Forschern ist es jetzt trotzdem gelungen – mit Hilfe der Lebensmittelfarbe Tartrazin.
Atomkernuhr: Der Countdown zum ersten Super-Zeitmesser läuftNeu entwickelte Atomkernuhren sollen millionenfach präziser sein als Atomuhren. Der Aufwand ist enorm, doch die Super-Zeitmesser nehmen die Naturkonstanten selbst ins Visier.
Endurance: NASA-Mission weist drittes Energiefeld der Erde nachNeben dem Magnetfeld und der Gravitation wirkt noch ein Energiefeld auf unseren Planeten: ein elektrostatisches. Was vor 60 Jahren vorhergesagt wurde, konnte nun bestätigt werden.
Quantenfehlerkorrektur: Google läutet eine neue Ära des Quantencomputings einJe mehr Qubits, desto weniger Fehler. Diese naheliegende Regel der Fehlerkorrektur konnten Quantencomputer nie erreichen, weil die Qualität der Qubits zu schlecht war. Bis jetzt.
Quanten-Grinsekatze: Neues Quanten-Paradoxon löst Kontroverse ausDer Drehimpuls eines Teilchens scheint sich von diesem zu lösen und sich körperlos zu bewegen. Dieser seltsame Effekt wurde in Experimenten beobachtet – und sorgt für Debatten.
Quantenchromodynamik: Die Entschlüsselung der starken KernkraftDie starke Kernkraft bindet Protonen und Neutronen aneinander und führt so zu stabilen Atomkernen. Doch wie groß ist die stärkste aller Kräfte wirklich?
Klimawandel: Der Quanteneffekt hinter der globalen ErwärmungEine seltsame, umstrittene Eigenschaft des Treibhauseffekts geht auf eine Quantenresonanz zurück. Ohne sie wäre das Erdklima ganz anders.
Batterieforschung: Kochsalz und Kalk statt LithiumLithium-Ionen-Akkus sind die Spitzenreiter unter den Stromspeichern, doch die Rohstoffe sind problematisch. Alternativen aus Allerweltsmaterialien werden allmählich anwendungsreif.
Magnetische Monopole: CERN-Ergebnisse erhärten Verdacht eines asymmetrischen UniversumsSie könnten viele Rätsel des Universums erklären, bloß fehlt von ihnen jede Spur: Am CERN wurden keine einzelnen magnetischen Pole erzeugt. Fachleute geben die Hoffnung nicht auf.
g-Faktor des Myons: Ein großes Rätsel der Teilchenphysik scheint gelöstDas magnetische Moment des Myons fiel in Experimenten deutlich größer aus als theoretisch vorhergesagt. Neue Berechnungen passen nun endlich zu den experimentellen Messungen.
Rechnen mit Quanten: Was Quantencomputer schon heute leistenIn der Chemie zeichnen sich erste Anwendungen für Quantencomputer ab. Bei der Entwicklung neuer Materialien und Medikamente sind sie mit klassischen Rechnern bereits gleichauf.
Fluiddynamik: Ist das Schwimmbecken der Olympischen Spiele in Paris »langsam«?Das Schwimmbecken beeinflusst die Geschwindigkeit von Schwimmern. Aktuell gibt es Gerüchte, dass das Olympiabecken in der La-Defense-Arena nicht tief genug ist – stimmt das?
Schwinger-Effekt: Es gibt keine Schwarzen Löcher aus reinem LichtLange dachten Physiker, dass konzentrierte elektromagnetische Strahlung ein Schwarzes Loch erzeugen könnte. Doch ein Quanteneffekt verhindert Schwarze Löcher aus reinem Licht.
Digitale Zwillinge: Olympische Schwimmer könnten dank neuer Technologie Rekorde brechenBei den Olympischen Spielen werden einige Schwimmer erstmals von ihrem digitalen Zwilling angeleitet. Diese helfen den Sportlern, ihre Technik deutlich zu verbessern.
Sichere Verschlüsselung: Wie Quanten unsere Geheimnisse schützenDie Quantenphysik bietet einen Weg, Nachrichten sicher zu verschlüsseln – in der Praxis ergeben sich trotzdem Sicherheitslücken. Ein neues Verfahren kann diese nun schließen.
Künstliche Intelligenz und Physik: »KI wird kein neuer Einstein«Beschert uns KI eine neue Ära der Physik? Trotz erstaunlicher Fortschritte glaubt Nobelpreisträger Brian Schmidt vorerst nicht an eine wissenschaftshistorische Revolution.
Quantenmessungen: »Zeitreisendes« Qubit optimiert QuantensensorSeltsame Quantenwelt: Ein Quantensensor simuliert eine Zeitreise und beschafft sich so eine Information, die er eigentlich nicht haben dürfte.
Kryptografie: Das Rennen um quantensichere VerschlüsselungenWenn leistungsfähige Quantencomputer auf den Markt kommen, können sie heute verschlüsselte Daten knacken. Wie wird Kryptografie in Zukunft aussehen?
Teilchenphysik: Das Rätsel der AntimaterieEin Ungleichgewicht im Elektron könnte Ungereimtheiten im Standardmodell der Teilchenphysik erklären. Doch dieses hypothetische Dipolmoment müsste man erst einmal messen.
Quantenmechanik: Die Zeit könnte eine Illusion der Quantenphysik seinDas Konzept der Zeit könnte aus der Verschränkung von Quantensystemen hervorgehen. Physiker haben nun Fortschritte bei der Ausarbeitung dieser radikalen Annahme gemacht.
Schwarze Löcher: Ein viel versprechender Kandidat für Dunkle Materie scheidet ausBislang galt eine bestimmte Art von Schwarzen Löchern als aussichtsreicher Kandidat für Dunkle Materie. Beobachten konnte man sie aber noch nicht – eine neue Arbeit erklärt, warum.
Pfadintegrale: Die Mathematik hinter den LHC-ExperimentenAm CERN wird das Standardmodell der Teilchenphysik getestet. Für einen Vergleich der Messergebnisse mit theoretischen Vorhersagen sind viele mathematische Tricks nötig.
Quantenphysik: Tempokontrolle für scheinbar überlichtschnelle TeilchenBeim Tunneleffekt verstoßen Teilchen offenbar gegen die Relativitätstheorie. Zwei Physiker glauben jetzt: Bisher wurde bloß nicht richtig gemessen.
Mathematische Physik: Eine neue Art der SymmetrieDank Symmetrien muss man weniger Details berücksichtigen – in der Teilchenphysik genauso wie beim Fliesenlegen. Mit »höheren Symmetrien« wurde ein neues Ordnungsprinzip entdeckt.
Langlands-Programm: Ungeahnte Verbindung zwischen Physik und ZahlentheorieDie Kür in der Mathematik besteht darin, Brücken zu schlagen. Drei Forscher haben einen Zusammenhang zwischen Elektromagnetismus, Geometrie und Zahlentheorie entdeckt.
Quantengravitation: Ist die Weltformel im Klang der Raumzeit versteckt?Physiker suchen nach der passenden Mathematik für eine Weltformel. Die Lösung könnte in einer alten Frage stecken: Lässt sich aus dem Klang eines Objekts auf seine Form schließen?
Kosmische Topologie: Wie viele Löcher hat das Universum?Der Weltraum wirkt wie eine unermessliche Weite, die sich in alle Richtungen erstreckt. Tatsächlich könnte die Gestalt des Kosmos viel komplexer sein, etwa wie ein seltsamer Donut.
Quantencomputer: Gegen den QuantenfehlerteufelQuantencomputer sind besonders leistungsfähig – und extrem störungsanfällig. Neue Techniken sollen Fehler nun schneller beheben, als sie sich ansammeln können.
Quantencomputer: Quanteninformation fliegt von Halbleitern zu AtomwolkenForschende haben es geschafft, Quanteninformation zu übertragen, zu speichern und wieder abzurufen. Das könnte dem Quanteninternet und Quantencomputern zugutekommen.
Kosmologie : Wird die Dunkle Energie schwächer? Die Dunkle Energie bewirkt, dass sich unser Universum beschleunigt ausdehnt, gilt aber selbst als konstant. Doch nun gibt es erste Hinweise, dass die Annahme womöglich falsch ist.
Vater des Higgs-Bosons: Nobelpreisträger Peter Higgs ist gestorbenEin Zufall, eine Gruppenleistung, nur wenige Wochen Arbeit – und ein Physik-Nobelpreis: Peter Higgs redete seine Leistung gerne klein. Nun ist er im Alter von 94 Jahren gestorben.
Schwerkraftsimulator: Riesen-Quantenwirbel simuliert Schwarzes LochSchwarze Löcher sind zwar extrem seltsam. Doch ein mindestens exotisches Phänomen funktioniert fast genau so. Ein Wirbel in Helium bildet die gekrümmte Raumzeit nach.
JUNO: Chinas gigantischer Neutrinodetektor geht an den StartIn China wird gerade eine riesige Forschungsanlage fertig gestellt. Der Neutrinodetektor JUNO soll dabei helfen, das Rätsel um die Masse der spukhaften Elementarteilchen zu lösen.
BC8-Kohlenstoff: Schmelzender Diamant erzeugt SuperdiamantenBei hohem Druck sollte sich Diamant in eine noch stabilere Struktur umwandeln. Doch bisher hat niemand den mysteriösen BC8-Kohlenstoff herstellen können.
Quantenfeldtheorie: Ein Eigenbrötler besiegt die UnendlichkeitIn der Teilchenphysik führt jede Berechnung ins Unendliche, deshalb ist man auf Näherungen angewiesen. Ein kaum bekannter Ansatz könnte nun präzise Vorhersagen liefern.
Quanteninformationstheorie: Mathematische Fliesen könnten Quantencomputer vor Fehlern schützenSeit Jahrzehnten faszinieren Kacheln, deren Muster sich niemals wiederholen, die Fachwelt. Und nun könnten sie dabei helfen, Quantenfehlerkorrekturcodes zu entwickeln.
Masse des Neutrinos: Der Wettkampf um die präziseste Neutrinowaage nimmt Fahrt aufEs gibt zunehmend Zweifel, dass sich mit dem Experiment KATRIN die Neutrinomasse so präzise bestimmen lässt wie erforderlich. Doch Alternativen stehen bereits in den Startlöchern.
Majorana-Quasiteilchen: Auf der Jagd nach einem QuantenphantomEin geisterhaftes Teilchen, das mit einem italienischen Vermisstenfall zu tun hat, könnte das volle Potenzial von Quantencomputern erschließen – wenn es sich nur aufspüren ließe.
Altermagnetismus: Neue Art von Magnetismus entdecktSie wirken wie eine Mischung von Ferro- und Antiferromagneten und könnten neuartige Technologien ermöglichen. Das Überraschende: Altermagnete sind alles andere als selten.
Mathematische Unterhaltungen: Wolframs Suche nach einer Weltformel der PhysikStephen Wolfram hat das Arbeitsprinzip seiner Universal-Software Mathematica zu einem Formalismus erweitert, der buchstäblich die ganze Welt erklären soll.
Skyrmionen: Wasserwellen bilden exotische QuasiteilchenQuasiteilchen wie Skyrmionen treten gemeinhin auf, wenn es um Quanten und Elektronenspins geht. Aber man kann sie auch ganz einfach in einem Wasserbecken erzeugen.
Teilchenbeschleuniger: Higgs-Fabrik für 16 Milliarden Euro würde LHC in den Schatten stellenEine Studie zum Future Circular Collider zeigt, wo und wie der gigantische Teilchenbeschleuniger gebaut werden könnte. Doch der Plan ist noch längst nicht abgesegnet.
Umgekehrter Sprinkler: 140 Jahre altes Physik-Rätsel hat unerwartete LösungWie herum rotiert ein Sprinkler, der Wasser einsaugt, statt es auszustoßen? Lange lieferten weder Theorie noch Experiment eine Lösung. Nun fanden Mathematiker heraus, warum nicht.
Technik: Wie entsorgt man einen Kernfusionsreaktor?Bis 2040 laufen die Arbeiten an der Stilllegung des 1983 in Betrieb genommenen Kernfusionsreaktors Joint European Torus. Dabei lässt sich viel für kommende Kraftwerke lernen.
Im frustrierten Gitter: Suprafestkörper erstmals experimentell nachgewiesenEine Supraflüssigkeit, aber als Feststoff - so ein widersprüchliches Material kann tatsächlich existieren. Bisher gab es das nur theoretisch, nun haben Fachleute es hergestellt.
Nanorobotik: Eine winzige Turbine aus DNAEin steuerbarer Motor aus DNA-Molekülen rotiert in einer winzigen Pore – angetrieben von Strömung oder elektrischen Feldern. Die Maschine soll eines Tages Nanofabriken antreiben.
Mathematische Physik: Zwei bisher unbekannte Arten von Supraleitern vorhergesagtSupraleiter werfen bis heute etliche Rätsel auf. Durch die Verallgemeinerung einer 300 Jahre alten Formel sind vier Forscher einem Verständnis der Materialien nun näher gekommen.
Kosmologie: Schwarze Löcher könnten aus Dunkler Energie bestehenAls Forschende die Entwicklung von Galaxien und Schwarzen Löchern untersuchten, stießen sie auf eine Überraschung – und lieferten eine erstaunliche Erklärung der Dunklen Energie.