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Lokales Dresdner Forscher werfen klassische Physik über den Haufen
Dresden Lokales Dresdner Forscher werfen klassische Physik über den Haufen
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12:00 21.07.2017
Das Universum ist ein Kristall. Quelle: Robert Strasser, Kees Scherer
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Dresden

Dresdner Physiker ist gemeinsam mit internationalen Kollegen ein wahrscheinlich sensationeller Durchbruch gelungen: Sie haben in einem Labor die Gesetze der Physik außer Kraft gesetzt – jedenfalls die der klassischen Lehre, laut der Energie weder geschaffen noch vernichtet werden kann. Ihnen ist nun aber eben dies gelungen, indem sie eine sogenannte Schwerkraft-Quantenanomalie in einem besonderen Kristall simulierten. Diese Entdeckung könnte bahnbrechend für die Teilchen- und Astrophysik sein – und die beteiligten Forscher des US-Elektronikkonzerns IBM träumt bereits von superschnellen Quantenanomalie-Computern.

Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sowie die String-Theorie hatten solche Tabubrüche mit der klassischen Physik bereits vorhergesagt. Bislang konnte jedoch noch nie solche Quantenanomalien und Verletzungen mit dem Energieerhaltungssatz nachgewiesen werden. Denn diese Phänomene treten laut Theorie nur unter extremen Bedingungen auf: Im eisigen All in der Nähe von Neutronensternen oder Schwarzen Löchern, wo die Schwerkraft so stark ist, dass sie Raum und Zeit krümmt. Daher sahen Wissenschaftler bisher kaum Chancen, solche Anomalien auf der Erde nachzuweisen, ohne unseren Planeten zu zerstören.

Nun haben allerdings Forscher der TU, des Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe und des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) aus Dresden sowie des IBM-Forschungszentrums Zürich, des „Weizmann Institute of Science“ in Israel, der Berkeley Universität in Kalifornien und der Universitäten in Madrid und Hamburg doch einen Dreh gefunden, eine Schwerkraft- Quantenanomalie auf der Erde zu erzeugen. Dabei nutzten sie die besonderen Eigenschaften der noch wenig bekannten Materialklasse der Weyl-Halbmetalle, die aus Niob und Phosphor bestehen. In diesen Kristallen haben große Temperatur-Unterschiede und starke Magnetfelder ähnliche Folgen wie das extrem starke Gravitationsfeld eines Schwarzen Loches. Als sie diese Bedingungen im Weyl-Halbmetall schufen, bemerkten die Forscher tatsächlich, dass sich die Drehimpulse der Elektronen im Kristall ungleichmäßig änderten – was sie als Symmetriebruch, eine Verletzung des klassischen Energieerhaltungs-Satzes und als Gravation-Quantenanomalie interpretieren. Ihre Ergebnisse haben sie nun im Fachmagazin „Nature“ publiziert.

„Der erstmalige experimentelle Nachweis dieser Quanten-Anomalie auf der Erde ist sehr wichtig für unser Verständnis vom Universum”, schätzte einer der Studien-Autoren, Dr. Johannes Gooth vom IBM-Forschungszentrum Zürich, ein. „Mit den neuen Erkenntnissen können wir aber auch völlig neuartige Schaltelemente entwickeln, die man vorher nie in Betracht gezogen hätte. Damit bieten sich uns ungeahnte Möglichkeiten, die Grenzen von klassischen elektrischen Schaltern zu umgehen.“

Von Heiko Weckbrodt