Die optische Mikroskopie gehört seit Langem zu den zentralen Methoden, um die Struktur der materiellen Welt sichtbar zu machen. Sie ermöglicht Einblicke in biologische Zellen, chemische Reaktionen und technische Materialien und hat unser Verständnis von Naturprozessen nachhaltig geprägt. Gleichzeitig ist sie jedoch an eine grundlegende physikalische Grenze gebunden. Aufgrund der Wellennatur des Lichts lassen sich Details nur bis zu einer …

Die Suche nach immer schnelleren Schaltprozessen in Informations- und Kommunikationstechnologien führt die physikalische Forschung zunehmend vom Elektron zum Photon. Während klassische Transistoren in heutigen Mikroprozessoren elektrische Ströme nutzen und durch ihre physikalischen Eigenschaften in der Taktrate limitiert sind, eröffnet die Kontrolle von Licht auf nanometrischer Skala neue Wege. Ein aktuelles Beispiel dafür ist die Entwicklung neuartiger optischer Schalter, die in …

Die Suche nach dem Graviton, jenem hypothetischen Teilchen, das die Gravitation im Rahmen einer Quantentheorie vermitteln soll, gehört zu den größten offenen Fragen der Physik. Während die allgemeine Relativitätstheorie die Gravitation als gekrümmte Raumzeit beschreibt und klassische Gravitationswellen inzwischen mehrfach direkt nachgewiesen wurden, blieb die Quantenaspekt dieser fundamentalen Kraft bislang unerreichbar. Das Graviton selbst ist bisher rein theoretisch, und schon …

In der Sitcom „The Big Bang Theory“ scheitern zwei Physiker daran, in einem Fusionsreaktor exotische Teilchen zu erzeugen – ein Running Gag, der wissenschaftlich lange als unrealistisch galt. Genau dieses fiktionale Problem hat nun reale Physik inspiriert. Ein Forschungsteam um Jure Zupan von der University of Cincinnati hat einen theoretischen Ansatz entwickelt, der zeigt, unter welchen Bedingungen Fusionsreaktoren tatsächlich Axionen …

Dunkle Excitonen zählen zu jenen flüchtigen Quasiteilchen, die in vielen physikalischen Modellen eine wichtige Rolle spielen, in der Praxis jedoch kaum greifbar sind. Sie entstehen in Halbleitern, wenn sich ein Elektron und ein positiv wirkendes „Loch“ zu einem kurzlebigen Paar verbinden. Während helle Excitonen durch die Abgabe von Licht leicht beobachtbar sind, verweigern dunkle Excitonen diesen optischen Fingerabdruck fast vollständig. …

Nachts geraten viele etablierte Formen der Energiegewinnung ins Hintertreffen, weil Sonnenlicht fehlt und Windverhältnisse schwanken. Gleichzeitig entsteht jedoch ein natürliches Temperaturgefälle, das bisher kaum technisch genutzt wurde. Während die Erdoberfläche gespeicherte Wärme abstrahlt, verharrt der Weltraum als nahezu idealer Kältespeicher. Dieses Gefälle existiert permanent und bildet die Grundlage für ein neues technisches Konzept, das erstmals in praktischen Versuchen erprobt wurde. …

Ein Birkenblatt und eine Erdnuss: zwei unscheinbare Naturprodukte, die nun eine Rolle in der modernen Photonik spielen. Forscher:innen der Umeå University in Schweden und Kolleg:innen in China haben gezeigt, dass sich aus diesen Biomaterialien ein funktionierender Laser herstellen lässt. Der sogenannte Zufallslaser nutzt natürliche Strukturen, um Licht zu streuen und zu verstärken – ganz ohne aufwendige oder giftige Hightech-Materialien. Wie …

Ein internationales Forschungsteam hat eine neue Art von Nanogenerator entwickelt, der mechanische Energie mithilfe von Wasser und Silizium in elektrischen Strom umwandeln kann. Im Zentrum steht ein Intrusion–Extrusion Triboelectric Nanogenerator (IE-TENG): Wasser wird unter Druck in nanoporöses Silizium hineingedrückt und wieder herausgepresst, wodurch an der Grenzfläche zwischen Wasser und Silizium eine Ladungstrennung stattfindet und schließlich elektrische Energie entsteht. Stromerzeugung dank …

Es ist ein wissenschaftlicher Meilenstein, der künftige Quantentechnologien auf völlig neues Terrain führen könnte: Einem internationalen Forschungsteam ist es gelungen, erstmals ein Qubit aus Antimaterie zu erzeugen. Konkret handelt es sich um ein Antiproton, das sich in einem quantenmechanischen Überlagerungszustand befindet – also gleichzeitig in zwei verschiedenen Energiezuständen existiert. Damit wird ein physikalisches Konzept Realität, das bisher nur theoretisch diskutiert …

In einem bedeutenden Fortschritt für die Teilchenphysik ist es Forschenden am CERN gelungen, ein lange gesuchtes Phänomen mit hoher statistischer Sicherheit nachzuweisen: die gleichzeitige Erzeugung eines Higgs-Bosons mit einem Paar sogenannter Top-Quarks. Die Beobachtung dieser seltenen Reaktion liefert eine direkte Bestätigung für eine zentrale Wechselwirkung im Standardmodell der Teilchenphysik – und eröffnet neue Möglichkeiten, die Eigenschaften des Higgs-Bosons und potenzielle …