Letztes Update am Fr, 12.06.2015 08:36

APAOnlineticker / Tiroler Tageszeitung Onlineausgabe


Tanzende Teilchen helfen bei Berechnung von Rotation im Quantenbad



Klosterneuburg (APA) - Die Beschreibung rotierender Moleküle in einem Quantenbad, also in Wechselwirkung mit anderen Teilchen in ihrer Umgebung, scheiterte bisher an der zu hohen Komplexität. Unter Beteiligung des Institute of Science and Technology (IST) Austria ist es nun gelungen, ein Konzept zu entwickeln, das eine Lösung derartiger Probleme ermöglicht, berichten die Forscher im Fachblatt „Physical Review Letters“.

Zur Beschreibung quantenmechanischer Systeme, die aus einer Vielzahl von miteinander wechselwirkenden Teilchen bestehen, bedienen sich Physiker oftmals eines speziellen Tricks: Sie führen sogenannte Quasiteilchen ein. Anstatt also das Verhalten jedes einzelnen Teilchens zu beschreiben, betrachten sie ihren kollektiven Zustand so, als würden sie gemeinsam ein neues Teilchen bilden.

Dadurch kann etwa der Fluss von Elektronen durch einen Halbleiter so betrachtet werden, als würde sich ein Quasiteilchen in Form eines positiv geladenen Elektronenlochs in die Gegenrichtung bewegen. Im Gegensatz zu den Elektronen ist dieses Loch natürlich kein Teilchen im herkömmlichen Sinn. Es entsteht aus dem Nichts und kann außerhalb des Vielteilchensystems nicht existieren. Dennoch erleichtert es die Beschreibung des physikalischen Prozesses.

Gemeinsam mit seinem Kollegen Richard Schmidt von der Harvard University hat Mikhail Lemeshko, Assistenzprofessor am IST Austria, nun ein ähnliches Konzept für rotierende Moleküle entwickelt. Im isolierten Zustand, also ohne Wechselwirkung mit der Umgebung, ist die quantenmechanische Beschreibung solcher Systeme bereits längst Standard. Realistischere Bedingungen dagegen, in denen das Molekül aufgrund seiner Drehbewegung auch Teilchen in seiner Umgebung beeinflusst, stellen ein äußerst komplexes Problem dar.

Inspiriert durch Messungen an rotierenden Molekülen in Supraflüssigkeiten, also Flüssigkeiten ohne jeglicher innerer Reibung, entwickelten die Forscher ein Konzept für ein neues Quasiteilchen - das „Angulon“. Es besteht aus einem zweiatomigen Molekül, das um seine eigene Achse rotiert, und dem umgebenden Quantenbad.

„Man kann sich das vorstellen wie ein Paar, das auf einem Ball Walzer tanzt“, erklärt Lemeshko gegenüber der APA. „Die übrigen Tänzer sehen dem Paar zu und werden dadurch in ihren Bewegungen beeinflusst. Gemeinsam bilden Sie ein kollektives Objekt - also ein Quasiteilchen“.

Indem sie das Angulon einführten, konnten die Physiker das Problem so weit vereinfachen, dass eine Lösung möglich wurde. Darüber hinaus dürfte ihr Konzept aber auch für eine Vielzahl ähnlicher Probleme von Nutzen sein.

(S E R V I C E - Die Publikation im Internet: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.203001)




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