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Physik: Quantentechnologien vor dem großen Sprung

Weltweit investieren Staaten und Unternehmen in die Entwicklung futuristischer Technologien auf Basis der Quantenphysik. Nun startet auch in Europa ein groß angelegtes Forschungsprogramm, das die letzten Hürden beseitigen soll.
Quanten im Kosmos

An einem warmen Sommerabend des Jahres 1998 hielt eine schwere, schwarze Limousine vor den Pforten des Instituts für Experimentalphysik der Universität Innsbruck. Und obwohl das Institut zu den führenden der Welt auf seinem Gebiet zählt und prominenten Besuch durchaus gewöhnt ist, war dieser Gast ein ganz besonderer: Der 14. Dalai Lama wollte mit eigenen Augen einen der Grundbausteine des Universums sehen. Wie die meisten von uns hatte er in der Schule gelernt, dass Physiker seit Anfang des 20. Jahrhunderts Atome und Lichtquanten (so genannte Photonen) mit Hilfe der Quantentheorie beschreiben. Allerdings hatten es die Gründerväter der modernen Physik für unmöglich gehalten, einzelne Atome zu fangen, direkt sichtbar zu machen oder gar gezielt zu verändern.

Doch genau dies war den Innsbrucker Experimentalphysikern um Rainer Blatt gelungen. In ihrem Labor hielten sie mitten in einer Ultrahochvakuumkammer und mit Hilfe elektrischer Felder ein einzelnes Barium-Ion in der Schwebe. Die Innsbrucker Forscher beschossen diesen Atomrumpf mit grünem Laserlicht, welches das Ion ständig in alle Richtungen streute, ähnlich einem Staubkorn im Sonnenschein. Beobachtern zeigte sich der schwebende Materiebaustein also als winziger grüner Punkt ...

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Sterne und Weltraum – Raumzeit: Experimente zur Quantennatur

Die Relativitätstheorie Albert Einsteins ist das Meisterwerk zur Beschreibung der Schwerkraft. Seit Jahrzehnten steht aber die Frage im Raum, ob die Gravitation auf submikroskopischen Längenskalen modifiziert werden muss. Gibt es quantenhafte Austauschteilchen, die Gravitonen? In unserem Titelbeitrag stellen wir Überlegungen vor, wie man experimentell eine Quantennatur der Raumzeit testen könnte. Im zweiten Teil unseres Artikels zur Urknalltheorie beleuchten wir alternative Ansätze zur Dunklen Energie: das Local-Void- und das Timescape-Modell. Außerdem: Teil zwei unserer Praxistipps für die Astrofotografie mit dem Smartphone – Mond und Planeten im Fokus, die Ordnung im Chaos des Dreikörperproblems und woher stammen erdnahe Asteroiden?

Spektrum der Wissenschaft – Eine Theorie von allem: Lassen sich Quantenphysik und Schwerkraft vereinen?

Lassen sich Quantenphysik und Schwerkraft vereinen? In der aktuellen Ausgabe der PMT haben wir Beiträge für Sie zusammengestellt, in denen Forscherinnen und Forscher über die Ergebnisse ihrer Suche nach einer fundamentalen Theorie unserer Welt berichten. Entstanden ist eine erkenntnisreiche Sammlung an Beiträgen über die Quantennatur der Raumzeit, denkbaren Experimenten zum Nachweis von Gravitonen, Schwarzen Löchern, der Theorie der Quantengravitation, teleparalleler Gravitation und vielem mehr. Lesen Sie, welche Fortschritte es in den letzten Jahren gab, die Gesetze der Quantenwelt mit den geometrischen Konzepten von Raum und Zeit zu vereinigen, und welche Hürden dabei noch zu überwinden sind.

Spektrum - Die Woche – Die radikale Lösung für die Plastikkrise

Plastik war einst eine Revolution – heute ist es ein Umweltproblem. Forschende in Deutschland wollen das ändern: mit neuen Kunststoffen, die vollständig recycelbar sind. Außerdem: Warum der Urknall vielleicht ganz anders war, was Männer bei einer Vasektomie erwartet und mehr.

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