Direkt zum Inhalt
Login erforderlich
Dieser Artikel ist Abonnenten mit Zugriffsrechten für diese Ausgabe frei zugänglich.

Materialwissenschaften: Verflochtene Teilchen

Physikern ist es nach Jahrzehnten gelungen, extrem seltsame ­Teilchen nachzuweisen, die eine Art Gedächtnis besitzen: Vergangene ­Bewegungen lassen sich von ihrem Quantenzustand ablesen. Damit könnten sie Quantencomputer revolutionieren.
Ein Atommodell symbolisiert die TeilchenphysikLaden...

Stellen Sie sich drei identische Tischtennisbälle vor, die eine Person blitzschnell mehrmals miteinander vertauscht. Es erscheint unmöglich, die genaue Bewegung jedes einzelnen Balls ohne technische Hilfsmittel im Nachhinein nachzuvollziehen.

Bei Elementarteilchen ist das allerdings grundlegend anders, denn die quantenmechanische Wellenfunktion hat ungewöhnliche Eigenschaften: Vertauscht man beispielsweise zwei Elektronen, äußert sich das mathematisch durch ein Minuszeichen in der Wellenfunktion. Wiederholt man das Experiment mit anderen Partikeln wie Photonen, bleibt deren Welle hingegen gleich.

Auf diese Weise lassen sich alle Elementarteilchen und zusammengesetzte Partikel wie Protonen, Neutronen oder sogar ganze Atome in zwei Klassen einteilen: Bosonen, deren Wellenfunktion durch Vertauschungen stets unverändert bleibt, und Fermionen, bei denen ein Vorzeichenwechsel stattfindet. Zur ersten Klasse gehören sämtliche kräfteübertragenden Elementarteilchen wie Photonen, W- und Z-Bosonen oder Gluonen, während Partikel wie Quarks, Elektronen oder Neutrinos Fermionen sind.

Bereits 1977 stellten Jon Magne Leinaas und Jan Myrheim an der Universität Oslo fest, dass es in zwei Dimensionen Teilchen geben könnte, die völlig anders sind. Sie würden damit eine dritte Klasse bilden …

November 2020

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft November 2020

Kennen Sie schon …

Blick in die Zukunft

Spektrum Kompakt – Blick in die Zukunft

Wir leben in der Gegenwart, wir können in die Vergangenheit zurückblicken - aber was bringt uns die Zukunft? Diese Frage beschäftigt unser Gehirn genauso wie Analysten an Prognosemärkten oder Exosoziologen.

39/2020

Spektrum - Die Woche – 39/2020

Lesen Sie in dieser Ausgabe, wie ein Forscherteam Leben auf Saturnmond Enceladus finden möchte. Außerdem: Sars-CoV-2 mutiert – was bedeutet das? Und wie gut funktionieren eigentlich Antigen-Schnelltests?

Oktober 2020

Spektrum der Wissenschaft – Oktober 2020

In dieser Ausgabe widmet sich Spektrum der Wissenschaft dem Thema Quantenwelt. Außerdem im Heft: Verhaltensforschung - Tierkämpfe, Wiederverwertung von Plastikmüll sowie Reproduzierbarkeit in der biomedizinischen Forschung.

Lesermeinung

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Leserzuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Leserzuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmer sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Lesermeinungen können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

  • Quellen