Wahnsinnige Wissenschaft
Die kleine Welt hat dieses Jahr einige ziemlich große Dinge erreicht. Von seltsamen Schrödingers-Katzen-Situationen über Geheimnisse des Wassers bis hin zu unmöglich erscheinenden Teilchen, die aus dem Eis der Antarktis aufsteigen, hat die Teilchenphysik bewiesen, dass es im Universum viele Unbekannte gibt, die wir erforschen können. Hier sind die 18 beeindruckendsten Geschichten über Quantenmechanik und energiereiche Teilchenphysik von 2018.
Quantendaten wurden dichter als je zuvor
Um Quantencomputer zu bauen, müssen Wissenschaftler zunächst herausfinden, wie Informationen mit Quantenobjekten manipuliert und effektiv gespeichert werden können. Im Jahr 2018 erreichten die Forscher einen Meilenstein in diesem Bestreben, 18 Qubits Quanteninformationen in nur sechs Photonen zu packen - ein neuer Rekord.
Das Thermometer ging Schrödinger
In unserer Welt ist die Temperatur nur eine Sache. Wenn ein Gefrierschrank kalt genug ist, um Eis zu erzeugen, sollte das darin eingefüllte Wasser gefrieren. Die Quantenmechanik ermöglicht es jedoch, dass Objekte in Unsicherheit zwischen mehreren Zuständen existieren, in gewissem Sinne mehr als eine Sache gleichzeitig - genau wie Schrödingers Katze in seinem Gedankenexperiment sowohl lebendig als auch tot ist. Und 2018 haben wir erfahren, dass dies auch für die Temperatur gilt. Quantenobjekte können unter bestimmten Gesichtspunkten gleichzeitig heiß und kalt sein.
Licht verlor den Überblick über die Zeit
Die Zeit soll in eine Richtung fließen und dem durch die Kausalität dafür festgelegten Weg folgen. Eine Bowlingkugel rollt eine Bahn hinunter und schlägt gegen eine Stecknadel, sodass die Stecknadel fällt. Das Herunterfallen des Stifts führt nicht dazu, dass die Bowlingkugel die Bahn hinunter rollt und hineinschlägt. Aber im Quantenbereich sind die Dinge unschärfer. Ein Team von Wissenschaftlern schickte 2018 ein Photon auf eine Reise, die es auf Pfad A und dann auf Pfad B oder auf Pfad B und dann auf Pfad A hätte führen sollen folge nicht einem Pfad vor dem anderen. Es folgte beiden, ohne sich die Mühe zu machen, eine Bestellung abzuholen.
Die Quantenphysik zwang uns, das Leben neu zu bewerten
Theoretisch sollte die Quantenphysik für Objekte jeder Größe funktionieren. Viele Forscher glauben jedoch, dass das Leben zu kompliziert sein könnte, als dass bedeutungsvolle Quanteneffekte auftreten könnten. Ein 2016 durchgeführtes Experiment schien jedoch zu zeigen, dass Bakterien auf sehr begrenzte, subtile Weise quantenmechanisch mit Licht interagieren. Im Jahr 2018 ging eine andere Gruppe von Forschern zurück und schaute sich dieses Experiment an und stellte fest, dass etwas viel Tieferes und Fremderes vor sich gegangen sein könnte, was uns zwang, das Leben und die Quantenwelt neu zu bewerten.
Eine winzige Hantel drehte sich sehr, sehr schnell
Wenn Sie ein neues Spielzeug haben, müssen Sie es manchmal für eine Spritztour herausnehmen. Das haben Wissenschaftler dieses Jahr mit Gelenkkugeln aus Siliciumdioxid gemacht, "Nanodumbbells" mit einer Länge von nur 320 Nanometern und einer Breite von 170 nm (0,000007 Zoll). Mit Lasern sprengten sie diese Hanteln mit einer Drehzahl von 60 Milliarden Wirbeln pro Minute.
Wasser enthüllte seine Jekyll und Hyde
Es gibt nicht wirklich nur eine Art von Wassermolekül, ein quantenphysikalisches Experiment, das dieses Jahr enthüllt wurde. Stattdessen gibt es zwei. Beide bestehen aus zwei Wasserstoffatomen, die aus einem großen Sauerstoffatom, H2O, herausragen. Aber in einer Art von Wasser, die "ortho-Wasser" genannt wird, haben diese Wasserstoffatome Quanten- "Spins", die in die gleiche Richtung zeigen. In einer anderen Art von Wasser, die als "Para-Wasser" bezeichnet wird, zeigen diese Drehungen in entgegengesetzte Richtungen.
Einstein hatte erneut Recht
Ein Team von Schweizer Wissenschaftlern hat einen massiven Test eines der seltsamsten Paradoxe in der Quantenmechanik durchgeführt, ein großes Beispiel für das Verhalten, das Albert Einstein skeptisch als "gruselige Fernwirkung" bezeichnet. Mit einem unterkühlten Klumpen von fast 600 Atomen zeigten sie, dass die Verschränkung auch in sehr großen (quantenmechanisch gesprochenen) Maßstäben noch funktioniert.
20 Qubits haben sich verwickelt
Qubits sind die grundlegende Informationseinheit in Quantencomputern, und damit Quantencomputer funktionieren, müssen sie miteinander verwickelt werden. Im Jahr 2018 gelang es einem Experiment, 20 Qubits miteinander zu verwickeln, miteinander zu sprechen und dann die darin enthaltenen Informationen zurückzulesen. Das Ergebnis war eine Art Prototyp des Kurzzeitgedächtnisses für ein Quantencomputersystem.
Das Quantenradar rückte näher an die Realität
Militärradar reflektiert Radiowellen von Objekten, die durch den Himmel fliegen. In Regionen in der Nähe des magnetischen Nordpols der Erde können diese Signale jedoch verschlüsselt werden. Und es gibt Stealth-Flugzeuge, die verhindern sollen, dass Radarwellen an ihrer Quelle zurückprallen. Im Jahr 2018 machte Kanada Fortschritte bei einem Quantenradar, das Lichtphotonen von ankommenden Ebenen abprallt, nachdem diese Photonen mit anderen weit entfernten Photonen an der Radarbasis verwickelt wurden. Das Quantenradarsystem würde Photonen an der Basis untersuchen, um festzustellen, ob ihre verwickelten Partner durch Quantentechnologien manipuliert wurden.
Die Quantenzufälligkeit wurde etwas demokratischer
Zufälligkeit ist für die Cybersicherheit äußerst wichtig. Aber wahre Zufälligkeit, die physikalisch unmöglich vorherzusagen ist, ist überraschend schwer zu finden. Eine der wenigen Zufallsquellen auf der Welt ist das Quantenreich, auf das die meisten von uns keinen Zugriff haben. Dies änderte sich jedoch im Jahr 2018, als Wissenschaftler ein Online-Zufalls- "Leuchtfeuer" erstellten - eine öffentliche Quelle für zufällige Zahlenfolgen, auf die jeder zugreifen kann. Seitdem haben sie diese Quelle komplexer und nützlicher gemacht, und es gibt bald weitere Quellen öffentlicher Zufälligkeit.
