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”Und er würfelt doch...”

Johannes Mayrhofer Institut für Theoretische Physik 16. April 2009. ”Und er würfelt doch...”. „Und er würfelt doch…“. Albert Einstein, Brief an Max Born, 1926: „…der Alte (Anm. Gott) würfelt nicht…“ GRUND: Unzufriedenheit mit Quantenmechanik HEUTE: Quantenmechanik hat sich bewährt

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”Und er würfelt doch...”

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Presentation Transcript

  1. Johannes Mayrhofer • Institut für Theoretische Physik • 16. April 2009 ”Und er würfelt doch...”

  2. „Und er würfelt doch…“ Albert Einstein, Brief an Max Born, 1926:„…der Alte (Anm. Gott) würfelt nicht…“ GRUND: Unzufriedenheit mit Quantenmechanik HEUTE: Quantenmechanik hat sich bewährt MEINE DIPLOMARBEIT: Ein kompliziertes quantenmechanisches System kann durch eine Art würfeln beschrieben werden.

  3. Faszination Helium-4 Man sieht es nicht aber kann es hören !-)

  4. Faszination Helium-4 • Einzige Substanz, die flüssig ist bei T = 0K • Suprafluidität (T < 2,17 K)‏ • Reibungsloses Fließen

  5. Faszination Helium-4

  6. Faszination Helium-4

  7. Faszination Helium-4

  8. Faszination Helium-4

  9. Faszination Helium-4 • Einzige Substanz, die flüssig ist bei T = 0K • Suprafluidität (T < 2,17 K)‏ • Reibungsloses Fließen • Hohe Wärmeleitfähigkeit • Bose-Einstein Kondensat •  Quantenmechanik

  10. Was wollen wir? Was? Bose-Einstein Kondensat in Helium-4 Tröpfchen Wieso? Brücke zw. ”Quantenwelt” und unserer Welt Wie? Computersimulationen mit Monte Carlo Methode Wo? am absoluten Nullpunkt (-273,15°C)‏

  11. Bose-Einstein Kondensation

  12. Bose-Einstein Kondensation

  13. Bose-Einstein Kondensation

  14. Bose-Einstein Kondensation

  15. BEC „anschaulich” • Bosonen, alle sind gleich und können im selben Schritt marschieren • Keiner weiß, wo er sich gerade befindet und bewegt sich nicht.

  16. Physik heute Theorie, Modell

  17. Physik heute Beobachtung, Experiment Theorie, Modell

  18. Physik heute Beobachtung, Experiment Computer- Experiment Theorie, Modell

  19. Warum Simulationen in der Physik? • Billiger und variabler als klassisches Experiment • Teilweise einzige Möglichkeit über ein physikalisches System mehr herauszufinden • Theoretische Modelle überprüfen • Einfache Modelle von kleinen Systemen können auf größere erweitert werden mit teils geringen Aufwand • ...

  20. Monte Carlo oder die Kunst des Würfelns

  21. Monte Carlo Simulation

  22. Helium-4 Tröpfchen

  23. Der Monte Carlo Würfel • Mehr als ein Würfel mit sechs Seiten

  24. Monte Carlo von Helium-4 Tröpfchen

  25. Monte Carlo von Helium-4 Tröpfchen

  26. Monte Carlo von Helium-4 Tröpfchen

  27. Monte Carlo von Helium-4 Tröpfchen

  28. Monte Carlo von Helium-4 Tröpfchen

  29. Snapshot

  30. Monte Carlo von Helium-4 Tröpfchen • Erzeuge mir Millionen solcher Anordnung • Messe die Abstände zw. den Atomen • Energie, Dichte und natürlich das Bose-Einstein Kondensat

  31. Was kommt raus? • ca. 10% der Teilchen befinden sich in einem “makroskopischen” Quantenzustand • An der Oberfläche sind 100% im Bose-Einstein Kondensat

  32. Wissensdurst gestillt und was nun? • Ultra-kalte Heliumtröpfchen werden bei optischer Analyse von einzelnen Atomen und Molekülen verwendet • Simulation kann für andere Systeme verwendet werden • Bose-Einstein Kondensat gilt als Grundbaustein des Quantencomputers

  33. Danke für Eure Aufmerksamkeit!

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