Direkt zum Inhalt
Login erforderlich
Dieser Artikel ist Abonnenten mit Zugriffsrechten für diese Ausgabe frei zugänglich.

Quantenphysik: Aufbruch in neue Dimensionen

Dank ausgeklügelter Tricks haben Physiker den vierdimensionalen Quanten-Hall-Effekt im Labor nachgewiesen.
Laserlabor

Viele Menschen haben vermutlich erstmals durch die berühmte Geschichte des Quadrats A. Square einen greifbaren Eindruck von Räumen mit mehr als drei Dimensionen bekommen. Neben einer satirischen Darstellung der damaligen viktorianischen Gesellschaftsstruktur in England beschreibt Edwin Abbott Abbott in seiner 1884 erschienenen Novelle »Flächenland«, wie der quadratische Protagonist einer flachen Welt auf eine Kugel trifft, die ihn von der Existenz einer dritten Dimension überzeugen will.

Für Mathematiker ist es nichts Besonderes mehr, sich geistig in hochdimensionale oder gar unendlich-dimensionale Räume zu begeben, um dort komplizierte Beweise zu führen. Und selbst in manchen Bereichen der Physik ist es mittlerweile an der Tagesordnung, an Objekte mit mehr als drei Dimensionen zu denken.

Außerhalb dieser theoretischen Sphären und vor allem, wenn es um das alltägliche Leben geht, ist nach drei Raumdimensionen allerdings Schluss. Gerade Experimental­physiker, die Theorien im Labor überprüfen, sind auf Systeme mit maximal drei Dimensionen beschränkt. Doch nun ist es mir mit meinen Kollegen gelungen, einen vierdimen­sionalen Quanteneffekt experimentell zu untersuchen …

Kennen Sie schon …

Spektrum - Die Woche – Klimakonferenz in Trumps Schatten

Am 11. November begann die 29. Klimakonferenz der Vereinten Nationen (COP29). Angesichts steigender CO₂-Emissionen und erschöpfter natürlicher Puffer wie Wälder und Ozeane steht die Weltgemeinschaft vor großen Herausforderungen.

Spektrum der Wissenschaft – Vielfältige Quanten

Wir tauchen ein in die Welt der Quanten, die uns noch immer zahlreiche Rätsel aufgibt. Forscher entwickeln ständig neue Modelle und hinterfragen Grundlegendes, wie beispielsweise das Konzept der Zeit. Gleichzeitig macht die Entwicklung neuer Quantencomputer große Fortschritte und könnte unsere Verschlüsselungssysteme bedrohen. Experten arbeiten an neuen Methoden, um unsere Daten zu schützen. Erfahren Sie, wie diese Herausforderungen gemeistert werden und ob Kryptografen den Wettlauf gegen die Zeit gewinnen können.

Spektrum der Wissenschaft – Quantencomputer

Supraleitende Schaltkreise, neutrale Atome oder Ionenfallen – es gibt viele verschiedene Ansätze, Qubits zu realisieren. Welche Technologie am Ende im Quantencomputer stecken wird, ist noch offen. Wir geben einen Überblick über die sechs aktuellen Favoriten. Außerdem im Heft: In Island planen Wissenschaftler, im Bereich der Krafla zu einem Reservoir mit flüssigem Gestein vorzudringen. So wollen sie erstmals Magma direkt erforschen – und geothermische Energie erschließen. Wir stellen außerdem die ersten überraschenden Ergebnisse von Gesteinsproben des Asteroiden Bennu vor, die aus zu den Anfängen des Sonnensystems stammen. Die ältesten Höhlenmalereien finden sich auf Indonesien. Fachleute suchen nach den Ursachen, warum diese seit Ihrer Entdeckung plötzlich verfallen.

  • Quellen

Fröhlich, J., Pedrini, B:New applications of the chiral anomaly. In: Fokas, A., Grigoryan, A., Kibble, T., Zegarlinski, B. (Hg.): Mathematical Physics 2000, Imperial College Press, 2000

Von Klitzing, K., et al.:New method for high-accuracy determination of the fine-structure constant based on quantized Hall resistance. Physical Review Letters 6, 1980

Kraus, Y. E., et al.:Four-dimensional quantum Hall effect in a two- dimensional quasicrystal. Physical Review Letters 111, 2013

Lohse, M. et al.:Exploring 4D quantum Hall physics with a 2D topological charge pump. Nature 553, 2018

Lohse, M. et al.:A Thouless quantum pump with ultracold bosonic atoms in an optical superlattice. Nature Physics 12, 2016

Thouless, D. J.:Quantization of particle transport. Physical Review B 27, 1983

Zhang, S.-C., Hu, J.:A four-dimensional generalization of the quantum Hall effect. Science 294, 2001

Zilberberg, O. et al.:Photonic topological boundary pumping as a probe of 4D quantum Hall physics. Nature 553, 2018

Schreiben Sie uns!

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Zuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Zuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmende sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Zuschriften können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

Bitte erlauben Sie Javascript, um die volle Funktionalität von Spektrum.de zu erhalten.