Studiet giver indsigt i Higgs-partiklens fysik

Det er lykkedes fysikere ved universitetet i Bonn at bringe en superledende gas i en eksotisk tilstand. Deres eksperimenter tillader ny indsigt i egenskaberne af Higgs -partiklen, men også i grundlæggende egenskaber ved superledere. Publikationen, som allerede er tilgængelig online, vil snart blive vist i journalen Naturfysik .

For deres eksperimenter, forskere ved universitetet i Bonn brugte en gas fremstillet af lithiumatomer, som de afkølet betydeligt. Ved en bestemt temperatur, gasens tilstand ændrer sig brat:Det bliver en superleder, der leder en strøm uden modstand. Fysikere taler også om en faseovergang. En lignende pludselig ændring sker med vand, når det fryser.

Lithiumgassen skifter til en mere velordnet tilstand ved sin faseovergang. Dette omfatter dannelsen af ​​såkaldte Cooper-par, som er kombinationer af to atomer, der opfører sig som en enkelt partikel udadtil.

Partner-dansende atomer

Disse par opfører sig fundamentalt anderledes end individuelle atomer:De bevæger sig sammen og kan gøre det uden at sprede sig på andre atomer eller par. Dette er årsagen til superledningen. Men hvad sker der, når du prøver at ophidse parrene?

"Vi oplyste gassen med mikrobølgestråling, "forklarer prof. dr. Michael Köhl fra Physics Institute ved University of Bonn." Dette gjorde det muligt for os at skabe en tilstand, hvor parrene begyndte at vibrere og kvaliteten af ​​superledningen derfor svingede meget hurtigt:Et øjeblik var gassen en god superleder, den næste en dårlig."

Denne almindelige oscillation af Cooper-parrene svarer til Higgs-bosonen, der blev opdaget ved CERN-acceleratoren i 2013. Da denne tilstand er meget ustabil, kun en håndfuld arbejdsgrupper verden over er lykkedes med at producere den.

Eksperimenterne giver et indblik i visse fysiske egenskaber ved Higgs -bosonen. For eksempel, fysikerne håber, at undersøgelser som disse vil gøre dem i stand til bedre at forstå forfaldet af denne ekstremt kortvarige partikel på mellemlang sigt.

Hurtigt omskiftelige superledere

Men eksperimenterne er også interessante af en anden grund:De viser en måde at tænde og slukke superledning meget hurtigt. Superledere forsøger normalt at forblive i deres ledende tilstand så længe som muligt. De kan frarådes ved opvarmning, men dette er en meget langsom proces. Forsøgene viser, at dette i princippet også kan være over tusind gange hurtigere. Denne indsigt kan åbne helt nye applikationer for superledere.

Bonn-forskernes succes er også baseret på et vellykket samarbejde mellem teori og eksperiment:"Vi forudsagde teoretisk fænomenerne, "forklarer prof. Dr. Corinna Kollath fra Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik ved universitetet i Bonn." Under eksperimenterne på Physics Institute, Prof. Köhl og hans kolleger vidste nøjagtigt, hvad de skulle kigge efter. "