Neue Quelle für magnetische Monopole

  • 08. December 2017

Suprafluide Heliumtröpfchen wirken auf eingetauchte Moleküle wie magnetische Monopole.

Bereits im 19. Jahrhundert erkannte man, dass die physi­kalischen Gesetze zur Beschreibung elektrischer Phänomene denen zur Beschreibung magne­tischer Phänomene erstaun­lich ähneln. Um die Symmetrie perfekt zu machen fehlte allerdings ein einziger Teil: magne­tische Monopole. Während magnetische Monopole in Form von Elementar­teilchen noch immer nicht entdeckt wurden, gab es in den letzten Jahren doch einige Erfolge darin, Objekte herzu­stellen, die sich effektiv wie magnetische Monopole verhalten. Jetzt haben Wissen­schaftler am Institute of Science and Technology Austria gezeigt, dass es viel einfacher ist, solche effektiven magne­tischen Monopole zu erhalten: Sie konnten zeigen, dass suprafluide Helium­tröpfchen auf in sie eingetauchte Moleküle wie magne­tische Monopole wirken. Experi­mente mit solchen Systemen gibt es schon lange, diese interes­sante Eigenschaft war bisher aber unbemerkt geblieben.

Abb.: Illustration von magnetischen Monopolen in einem suprafluiden Heliumtröpfchen. (Bild: IST Austria)

Abb.: Illustration von magnetischen Monopolen in einem suprafluiden Heliumtröpfchen. (Bild: IST Austria)

Nanometer­große Tropfen von supra­fluidem Helium mit darin einge­tauchten Molekülen sind bereits seit mehreren Jahrzehnten Gegenstand von Unter­suchungen und es ist auch eines der Forschungs­gebiete von Mikhail Lemeshko und Enderalp Yakaboylu. Um die mathe­matische Beschreibung solcher rotie­renden Moleküle drastisch zu verein­fachen, postu­lierte Lemeshko ein neues Quasi­teilchen, und konnte Anfang dieses Jahres auch zeigen, dass dieses Quasi­teilchen, das Angulon, Beobach­tungen der letzten zwanzig Jahre erklären kann. Enderalp Yakaboylu benutzte das Angulon bereits, um zuvor unbe­kannte Eigen­schaften dieser Systeme vorher­zusagen. Das Merkmal, das sie nun entdeckten, kam jedoch völlig unerwartet und zeigte sich erst, nachdem sie mit dem Mathe­matiker Andreas Deuchert in Austausch getreten waren. „Es war für uns alle eine Überraschung als wir gesehen haben, dass diese Eigen­schaft in den Gleichungen zutage tritt“, sagt Andreas Deuchert.

„In den bisherigen Experi­menten hat man Systeme eigens so konstruiert, dass sie zu Monopolen werden. Hier ist es umgekehrt“, erklärt Enderalp Yakaboylu. „Das System war bekannt. Rotierende Moleküle wurden schon lange untersucht und erst danach stellte sich heraus, dass die magne­tischen Monopole die ganze Zeit darin enthalten waren. Das ist eine völlig andere Sichtweise.“
Den Forschern zufolge eröffnet die Entdeckung neue Möglich­keiten für die Unter­suchung magne­tischer Monopole, da sich ihre magne­tischen Monopole von anderen bisher bekannten Systemen unter­scheiden. „Der Unter­schied ist, dass wir es mit einem mole­kularen System zu tun haben. Unsere magne­tischen Monopole bilden sich in einer Flüssig­keit und nicht in einem festen Kristall, und das kann man nutzen, um die Unter­suchung von magne­tischen Monopolen zu verein­fachen“, erklärt Lemeshko.

IST Austria / JOL

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