Das Standardmodell der Teilchenphysik gilt als das erfolgreichste theoretische Gebäude, das die Wissenschaft bisher errichtet hat – es beschreibt die fundamentalen Bausteine des Universums sowie die Kräfte zwischen ihnen mit außerordentlicher Präzision. Doch seit 2022 nagte ein hartnäckiger Zweifel an seinem Fundament: Eine Messung am Fermilab in den USA hatte ergeben, dass das W-Boson, Trägerteilchen der schwachen Kernkraft, merklich schwerer …

Antimaterie gehört zu den rätselhaftesten Bausteinen der Physik. Sie ist der gewöhnlichen Materie in vieler Hinsicht erstaunlich ähnlich, trägt aber entgegengesetzte elektrische und magnetische Eigenschaften. Gerade deshalb ist sie für die Forschung so interessant: Würden sich Materie und Antimaterie vollkommen spiegelbildlich verhalten, müsste der Urknall eigentlich gleiche Mengen von beiden hervorgebracht haben. Dass heute fast nur Materie zu sehen ist, …

In der Welt der Teilchenphysik geht es oft um winzige Bausteine, aus denen die sichtbare Materie des Universums zusammengesetzt ist. Zu den bekanntesten gehören Protonen und Neutronen, die gemeinsam die Atomkerne bilden. Doch diese Teilchen sind nicht unteilbar, sondern bestehen selbst aus noch kleineren Bestandteilen: den Quarks. Seit Jahrzehnten versuchen Physiker:innen zu verstehen, in welchen Kombinationen diese Quarks auftreten können …

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 …