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Physik: Forschern gelingt ungeahnter Durchbruch – „das eröffnet völlig neue Möglichkeiten“

Wer verstehen will, wie die Welt funktioniert, muss sie sich unter dem Mikroskop anschauen. Um die kleinsten Teilchen sehen zu können, reicht jedoch auch das nicht aus.

Darstellung eines physikalischen Teilchens.
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Wie funktioniert ein Quantencomputer?

So funktioniert ein Quantencomputer.

Eine der Wissenschaften, die sich anschickt, die Naturgesetze zu erkennen und zu verstehen, ist die Physik. Dabei stoßen aber auch Forscher*innen immer wieder an technische Grenzen. Mit einer aktuellen Verfahrensweise lässt sich zumindest eine Hürde endlich überwinden.

Physik: Auf diese Weise lässt sich selbst das kleinste Teilchen sehen

Um herauszufinden, wie die Welt und das Universum funktionieren, ist es unerlässlich, die winzigen Partikel, aus denen alles besteht, zu erforschen. Doch diese sind zum Teil so klein, dass nicht einmal die besten Mikroskope dazu fähig sind, sie zu erkennen und zu fotografieren. Die Physik hat das immer vor große Herausforderungen gestellt, da so bestimmte Annahmen immer nur theoretisch gemacht werden konnten. Zum Beispiel die Frage, wie ein Photon eigentlich aussieht.

Beim Photon handelt es sich um eines der kleinsten Teilchen, das es überhaupt gibt. Es ist Bestandteil des Atoms und besteht selbst aus keiner eigenen Masse, sondern aus Energie und einem Impuls. Bislang konnte durch die Physik zwar die Existenz von Photonen nachgewiesen werden, ein Bild davon gab es aber nie. Das ist jedoch durch ein neues Verfahren von Forscher*innen der Universität Birmingham Geschichte. Ihnen gelang es, die erste Darstellung eines Photons zu generieren, wie Live Science berichtet.

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Das Verfahren hat Zukunft

Das Bild gelang durch ein völlig neues Vorgehen. Anstatt zu versuchen, das Photon mit einem Mikroskop zu sehen, versuchten die Wissenschaftler*innen, zu „errechnen“, wie ein Photon aussehen muss. Das hängt jedoch, wie sie in ihrer Studie schreiben, stark von der Umgebung ab, in dem das Teilchen festhängt. Mithilfe einer mathematischen Herangehensweise gelang es dem englischen Team schließlich, ein Bild zu generieren, das in der Form etwa einer Zitrone ähnelt. Wie es in der Physik üblich ist, ist jedoch noch nichts daran gesichert.

Die Form des Teilchens dürfte sich vermutlich mit veränderten Voraussetzungen ebenfalls ständig ändern. Nur in dem spezifischen Szenario, das die Forscher*innen kreierten, dürfte ein Photon in etwa die Form einer Zitrone annehmen. Besonders wichtig dabei sind jedoch die Optionen zur Erforschung kleinster Teile, die sich mit der Entdeckung auftun. So erklärte einer der beteiligten Forscher, Ben Yuen: „Diese Art von fundamentaler Theorie ist sehr hilfreich – das eröffnet völlig neue Möglichkeiten“, die der gesamten Physik weiterhelfen könnten.

Quellen: Live Science, „Exact Quantum Electrodynamics of Radiative Photonic Environments“ (Physical Review Letters, 2024)

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