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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Quanten-Fluktuationen sind doch messbar


BennyBunny
03.10.15, 11:02
signale aus dem jenseits, ein riss zur schattenwelt..

http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-19377-2015-10-02.html


Erstmals direkte Beobachtung von Fluktuationen im absoluten Vakuum

Signale aus dem absoluten Nichts: Physiker haben erstmals die Fluktuationen elektromagnetischer Felder im absoluten Vakuum gemessen. Dieses energetische "Hintergrundrauschen" direkt zu beobachten, galt bislang als unmöglich. Die Vakuum-Fluktuationen sind jedoch von fundamentaler Bedeutung, von der Quantenphysik bis hin zur Verteilung der Materie im Weltall. Die Forscher erwarten daher große Fortschritte anhand ihrer Ergebnisse, wie sie im Magazin "Science" schreiben.


Messbare Fluktuationen im Vakuum: Mit ultrakurzen Laserpulsen tasten die Physiker das "Rauschen" des elektromagnetischen Feldes ab.

© Claudius Riek / Universität Konstanz Zoom
Ein absolut leerer Raum, ein völliges Vakuum also, ist für uns nur schwer vorstellbar. Selbst im Weltraum treibt noch extrem dünn verteilte Materie wie Gas und Staub. Doch welche Eigenschaften hat das absolute Nichts? Dies direkt zu messen galt bislang als unmöglich. Theorien zufolge ist jedoch auch diese völlige Leere nicht komplett leer: Es müssen sogenannte Quanten-Fluktuationen existieren, folgt aus der Heisenbergschen Unschärferelation.

Diese besagt, dass elektrische und magnetische Felder niemals gleichzeitig verschwinden können. Daher schwankt das elektromagnetische Feld selbst im absoluten Vakuum in völliger Dunkelheit noch minimal. Die Energie nimmt an einzelnen Punkten im Raum rasend schnell zu und wieder ab, so dass eine Art "weißes Rauschen" entsteht.

Fluktuationen bislang nur an ihren Folgen erkennbar
Diese Schwankungen lassen sich nur indirekt anhand ihrer Folgen beobachten: Sie gelten zum Beispiel als Auslöser, wenn angeregte Atome in einer Leuchtstoffröhre ihre Energie in Form von Licht abgeben. Während der kosmischen Inflation in der Anfangsphase des Universums sollen diese Schwankungen die Verteilung und Strukturbildung der Materie verursacht haben, wie wir sie heute in Galaxien und Galaxienhaufen beobachten.



Für die extreme Empfindlichkeit des Experiments waren hochpräzise optische und mechanische Bauteile nötig.

© Universität Konstanz Zoom
Ein Team Physikern um Alfred Leitenstorfer von der Universität Konstanz hat diese Fluktuationen im Vakuum nun zum ersten Mal direkt gemessen. Dazu benötigten sie eine extrem empfindliche und schnelle Apparatur: Die zeitliche Auflösung des Experiments liegt im Bereich von Femtosekunden. Eine Femtosekunde ist ein Millionstel eines Milliardstels einer Sekunde. Die verwendeten Laser-Pulse waren mit einer Länge von nur wenigen Femtosekunden kürzer als eine halbe Lichtschwingung im beobachteten Spektralbereich.

Wir sind ständig von Fluktuationsfeldern umgeben
"Wir können durch diese extreme Präzision erstmalig direkt sehen, dass wir ständig von elektromagnetischen Vakuum-Fluktuationsfeldern umgeben sind", fasst Leitenstorfer zusammen. Überraschend für die Wissenschaftler war dabei, dass sie das untersuchte Quantensystem tatsächlich in seinem Grundzustand messen können, ohne diesen zu verändern. "Es hat uns ein paar Jahre lang schlaflose Nächte beschert – wir mussten alle Möglichkeiten eventueller Störsignale ausschließen", beschreibt der Physiker.

"Insgesamt stellt sich heraus, dass unser Zugang auf elementaren Zeitskalen, also kürzer als eine Schwingungsperiode der untersuchen Lichtwellen, den Schlüssel darstellt zum Verständnis der überraschenden Möglichkeiten, die unser Experiment erschließt." Die Forscher hoffen, in Zukunft auch die Quanten-Fluktuationen in angeregter Materie verfolgen zu können. (doi: 10.1126/science.aac9788)

Marco Polo
03.10.15, 14:17
Deine erster Post oben wusste zu gefallen. Der zweite aber nicht.

Bitte höre umgehend damit auf, hier alles mit deinen komischen Ergüssen, die du wohl auch noch originell findest, zuzukleistern.

Herr Senf
03.10.15, 15:13
Aus den üblichen Pressemitteilungen kann man alles und nichts rauslesen, klappern fürs Geschäft.
Das paper von C. Riek ist auch online für die Spezis http://arxiv.org/abs/1508.06953

Eine Expertenumfrage auf Sience macht aber erhebliche Zweifel an der Interpretation geltend:
möglicherweise wurde nur "Quantenwackeln" im Kristall, aber kein "Vakuumwackeln" gemessen.

Grüße Senf

PS: spendiert doch Benny mal einen Kurzurlaub zum Abkühlen :(

Hawkwind
03.10.15, 18:07
Ich find's jetzt auch nicht so aufregend: Vakuumfluktuationen sind doch längst nachgewiesen: Lamb-Shift, Casimir-Effekt etc..

BennyBunny
03.10.15, 18:10
hier alles mit deinen komischen Ergüssen zuzukleistern.

diese macht kam übernacht in halbflüssiger form..

Plankton
03.10.15, 19:26
[...]
PS: spendiert doch Benny mal einen Kurzurlaub zum Abkühlen :(
Finde ich keine gute Idee! :cool:

TomS
04.10.15, 13:52
Ich find's jetzt auch nicht so aufregend: Vakuumfluktuationen sind doch längst nachgewiesen: Lamb-Shift, Casimir-Effekt etc..
Na ja, das sind ja nur indirekte Messungen.

Mir fehlt aber die Phantasie, warum in diesem Fall gerade die Vakuumfluktuationen gemessen werden können.

Ich fasse mal die Idee zusammen, so wie ich sie verstanden habe: man verwendet einen nicht-linearen optischen Aufbau, um Vakuumfluktuationen so zu verstärken, dass sie messbar werden. Richtig?

Die erste Frage, die sich mir stellt ist, woher man das konkrete Modell der Vakuumfluktuationen nimmt. Die zweite Frage ist, wie man Vakuumfluktuationen von anderen Quanteneffekten in dem Aufbau untscheiden kann (ich bin aber kein Experimentalphysiker und kann dazu nichts sagen). Die dritte Frage ist, ob und wie man die - bei ansonsten identischen Bedingungen - die Vakuumfluktuationen kontrollieren kann, so dass man in den Messergebnissen deren Effekt von weiteren Untergrundeffekten trennen kann (das wäre letztlich eine Antwort auf die zweite Frage).

Eine konkrete Idee dazu wäre, dass man die Vakuummoden in einer Art Casimir-Anordnung außerhalb des nicht-linearen, nicht-Vakuum-Anteils modifiziert, d.h. durch einen variablen Plattenabstand, und diese Modifizierung dann experimentell nachweist. Noch ein Problem: man muss dazu NIR- und THz-Moden trennen, d.h. NIR darf nicht durch die Casimir-Anordnung gehen und dort mit THz "mischen".

Ich finde die Idee insgs. spannend, aber ich bin noch skeptisch. Die Probleme liegen m.E. aber eher im experimentellen Bereich, und da kann ich nicht wirklich mitreden.

Plankton
04.10.15, 15:10
[...]
Ich finde die Idee insgs. spannend, aber ich bin noch skeptisch. Die Probleme liegen m.E. aber eher im experimentellen Bereich, und da kann ich nicht wirklich mitreden.
Volle Bahnhof meinerseits. ;)

TomS
04.10.15, 17:48
Volle Bahnhof meinerseits. ;)
Von beeindruckender Klarheit