Podcasts about tunneleffekt

Was im wirklichen Leben unmöglich ist, gehört in der Welt der Quantenphysik zur Normalität: Teilchen wie etwa Elektronen können eigentlich unüberwindbare Energiebarrieren durchdringen. Physiker sprechen vom quantenmechanischen Tunneleffekt. - Eine Eigenproduktion des ORF. Langfassung einer Ö1 Sendung vom 21. 09. 2023

In dieser Folge dreht sich alles um den Tunneleffekt. Was ist das überhaupt? Wie funktioniert er und wie ist der aktuelle Stand der Forschung? Welche interessanten Durchbrüche wurden in den letzten zwei Jahrzehnten erzielt? Das und ob eigentlich auch Menschen Dinge durchtunneln könnten, erfährst Du in Folge 13 von "Darf's ein bisschen Chemie sein?". Möchtest Du mehr über Quantenobjekte erfahren, die sich gegenseitig mit einer Räuberleiter helfen, Barrieren zu durchtunneln? Dann schau doch mal bei Patreon vorbei und höre in die neue Bonusfolge zum Podcast rein. Den Zusatzbeitrag zur Folge findest du wie immer bei Instagram, eine Möglichkeit zur Unterstützung und weiteres, exklusives Material bei Patreon."Darf's ein bisschen Chemie sein?" ist eine Produktion von Zimt & Pfeffer Studio.Recherche und Skript: Anne MayerTon und Schnitt: Fabian Schneider Instagram @darfs_ein_bisschen_chemie_seinFacebook @darfseinbisschenchemiesein Für weitere Zusatzmaterialen, Bonus-Folgen und die Unterstützung meiner Arbeit, kannst Du auch gerne mal bei meinem Patreon-Account vorbeischauen. Impressum und Anmerkungen unter www.greenmaya.de - Mails an green_maya@web.de  Quellenangaben: Links, letzter Aufruf (22.06.2023) https://www.studysmarter.de/schule/physik/quantenmechanik/tunneleffekt/ https://de.wikipedia.org/wiki/Quant https://www.ds.mpg.de/203044/07 https://de.wikipedia.org/wiki/Radioaktivit%C3%A4t https://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/quanteneffekte/tunnelblick/#:~:text=Ohne%20Tunneleffekt%20g%C3%A4be%20es%20keine,dessen%20Zeitverlauf%20in%20Echtzeit%20beobachten https://www.mpq.mpg.de/4857719/10_05_17#:~:text=In%202001%2C%20Ferenc%20Krausz%20and,the%20emission%20of%20an%20electron https://www.mpg.de/11414673/quantenmechanisch-tunneleffekt-zeit https://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/nachrichten/2014/quantengrinsekatze/quantenteilchen-tunneln-mehrfach/ https://de.wikipedia.org/wiki/Potentielle_Energie Paper: Uiberacker, Matthias, et al. "Attosecond real-time observation of electron tunnelling in atoms." Nature 446.7136 (2007): 627-632. Camus, Nicolas, et al. "Experimental evidence for quantum tunneling time." Physical review letters 119.2 (2017): 023201.

Advent ohne Kerzen – unvorstellbar. Damit Sie das warme Licht der Kerzen so lange wie möglich geniessen können, hier ein paar Tipps zum Kauf, zur idealen Lagerung und zur richtigen Pflege. Welche Kerzen brennen am längsten? * Bienenwachskerzen brennen am längsten und russen kaum. Dafür können sie tropfen und sind relativ teuer. * Paraffinkerzen sind weitaus am meisten verbreitet. Sie tropfen nicht und sind kostengünstig, neigen aber dazu, sich zu verformen und sie brennen schnell ab. * Stearinkerzen liegen in etwa dazwischen, was Lebensdauer und Preis angeht. * Oft werden Kerzen auch mit einem Paraffin-Stearin-Gemisch hergestellt. Je mehr Stearin, umso länger hält die Kerze. * Tipp: Lesen Sie beim Kauf die Inhaltsangaben. Meist erfahren Sie da auch mehr über die Brenndauer der Kerzen. Achten Sie auch auf Nachhaltigkeit! * In Sachen Nachhaltigkeit stehen Bienenwachskerzen ganz oben. Aber auch dieser Rohstoff ist nicht unendlich vorhanden. Die Bienen müssen ordentlich arbeiten für unseren Kerzenwachs. * Paraffinkerzen werden aus Erdöl hergestellt und sind daher nicht nachhaltig. * Stearin wird entweder aus tierischem Fett von Schlachtabfällen hergestellt – für Veganer in No-Go. Oder es wird aus pflanzlichem Fett gewonnen. Oft wird für Stearinkerzen Palmöl verwendet, somit sind sie ebenfalls wenig nachhaltig. * Tipp: Achten Sie beim Kauf darauf, woraus ihre Kerze besteht. Kaufen Sie, wenn möglich, Bio-Kerzen. Wie lagert man Kerzen richtig? * Bienenwachskerzen halten länger, wenn man sie eine gewisse Zeit gut lagert, weil so der Wachs auskristallisieren kann. * Bei Paraffin- und Stearinkerzen hat die Lagerung hingegen keinen Einfluss auf die Haltbarkeit. * Mit der richtigen Lagerart lässt sich die Brenndauer aber verlängern. Kerzen sollten an einem staubfreien, dunkeln, trockenen und kalten Ort aufbewahrt werden. * Legt man sie in den Kühlschrank brennen sie länger. Noch länger wird die Brenndauer, wenn die Kerzen im Gefrierschrank aufbewahrt werden. Vorsicht: Duftkerzen unbedingt luftdicht einpacken, sonst verbreitet sich ihr Duft im Schrank. Dicker Kerzenrand und tiefer Docht – Das kann man gegen den Tunneleffekt tun * Eigentlich gibt es nur ein Mittel gegen einen verschwindenden Docht: Die Kerze so lange brennen lassen, bis sich auch der grösste Teil des Randes verflüssigt hat. Bei einer Kerze von 10 cm Durchmesser dauert das etwa drei bis vier Stunden. * Falls sich schon ein Tunnel gebildet hat: Packen Sie den Rand mit etwas Alufolie ein und zünden Sie die Kerze an. Die Alufolie gibt die Wärme an den Wachs ab und der Rand schmilzt. Weitere Tipps * Stellen Sie die Kerze nur an windstille Orte. Sobald es zieht, tänzelt die Flamme und der Wachs schmilzt unregelmässig. * Geben Sie der Kerze genug Luft (nicht zu tief in ein Gefäss stellen), ansonsten beginnt sie zu rauchen. * Russ verhindern: Russ entsteht, wenn der Docht zu lang ist. Er sollte nicht länger als 8 mm sein. Ist das der Fall, kürzen sie ihn vor dem Anzünden. * Wenn die Kerze tropft: Legen Sie sie über Nacht in Salzwasser ein. Das verhindert die Bildung von Wachstropfen. Und bei alledem: Vergessen Sie die Sicherheit nicht! Siehe Links unten.

Heute geht es um den quantenmechanischen Tunneleffekt. Kann eigentlich jeder mit einer kleinen Wahrscheinlichkeit durch eine Wand tunneln und was bedeutet dieses "Tunneln" eigentlich genau? Wie immer überall, wo es Podcasts gibt. Viel Vergnügen! #quantenmechanik #tunneleffekt #stm ********** Anmerkungen, Fragen, Kritik oder interessante Themenvorschläge bitte an physikgeplaenkel@gmail.com ********** Unsere Instragram Seite: https://www.instagram.com/physikgeplaenkel/ Unsere Facebook Seite: https://www.facebook.com/Physik-Geplänkel-1153934681433003/ Unser Youtube Channel: https://www.youtube.com/channel/UCD1CT-nTdEagwMF16P6gIKQ/ Folgt uns unter "Physik-Geplänkel" auf Spotify, iTunes, Deezer, PocketCasts oder als Amazon Alexa Skill. Oder am besten direkt unter https://physik-geplaenkel.podigee.io/

Vor 125 Jahren kam in Karlsruhe Friedrich Hund zur Welt. Nach seinem Studium der Mathematik und Physik forschte er vor allem in Göttingen und Leipzig. Friedrich Hund entdeckte 1926 den Tunneleffekt. Nur mit diesem Phänomen der Quantenmechanik lässt sich erklären, dass Sterne leuchten. Von Dirk Lorenzen www.deutschlandfunk.de, Sternzeit Hören bis: 19.01.2038 04:14 Direkter Link zur Audiodatei

Warum leuchtet die Sonne? Darüber hat man seit Jahrtausenden nachgedacht. Die vorgeschlagenen Antworten wirken aus heutiger Sicht oft absurd. Und tatsächlich hat es überraschend lange gedauert, bis wir gecheckt haben, was in der Sonne abgeht. Was davor passiert ist, erfahrt ihr in der neuen Folge der Sternengeschichten

In dieser Folge reden wir über die Möglichkeiten von Überlichtgeschwindigkeit in der Physik. Können Tachyonen existieren und wie sieht es mit dem Tunneleffekt aus? Wie immer auch auf Spotify, iTunes, Deezer u.v.m. Viel Vergnügen!

Schwerpunkt: Robert Moshammer vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg über einen quantenmechanischen Effekt, der subatomare Teilchen durch eigentlich unüberwindbare Barrieren „tunneln“ lässt || Nachrichten: Quarkfusion statt Kernfusion | Neuromorphes System imitiert Wahrnehmungsprozesse | Magnetische Induktion lässt Planeten schmelzen

Im Anschluss ihres Erasmus-Auslandsjahr in Lyon hat sich Alexandra Krause als angehende Physikerin in den Bereich der Quanteninformatik vertieft. Dazu hat sie im Rahmen der Gulasch Programmiernacht (GPN16) des Entropia e.V. in der Hochschule für Gestaltung und dem ZKM in Karlsruhe über Quantum Speedup (video) vorgetragen und Zeit gefunden, uns auch im Podcast etwas über das Thema zu erzählen. Im Gegensatz zur klassischen Physik gelten in der Quantenmechanik eigene Regeln: So geht es hier um Teilchen in der Größenordnung von Atomen, wo die Begriffe Teilchen und Welle verschwimmen und der quantenmechanische Zustand unbeobachtet nur noch als Zustandsgemisch beschrieben werden kann. Genau diese Eigenschaft will man sich beim Quantencomputer zu Nutze machen, wo gegenüber dem klassischen digitalen Computer, der immer auf einzelnen festen Zuständen in Bits mit Logikgattern rechnet, der Quantenrechner pro Schritt in Qubits auf allen Zuständen gleichzeitig operiert. Das eigentliche Ergebnis erhält man dort erst bei der Messung, wodurch sich der reine Zustand des Quantensystems einstellt. Der Grover-Algorithmus ist eine bekannte Anwendung für einen Quantencomputer, der Datenbanken schneller als klassische Verfahren durchsuchen kann. Der Shor-Algorithmus kann hingegen mit einer Quanten-Fouriertransformation in polynomialer Zeit Zahlen in ihre Primfaktoren zerlegen kann. Damit werden viele assymetrische Kryptoverfahren wie das RSA-Verfahren obsolet, da sie auf der Schwierigkeit der klassischen Faktorisierung basieren. Shor hat in der gleichen Publikation auch ein Verfahren zur effizienten Berechnung von diskreten Logarithmen auf Quantencomputern veröffentlicht, so dass auch Kryptoverfahren auf elliptischen Kurven durch Quantencomputer gebrochen werden, die neben dem RSA-Verfahren Basis für viele Kryptowährungen sind. Zum jetzigen Zeitpunkt ist es der Experimentalphysik noch nicht gelungen, allgemeine Quantensysteme in einer Größe zu erschaffen, die für sinnvolle Anwendungen der Verfahren erforderlich wären. Die Schwierigkeit liegt darin, den Quantenzustand einzelner Qubits von der Umwelt abzukoppeln und nur für die Berechnung zu verwenden, wenn doch alles in der Umgebung in Bewegung ist. In der Größe weniger Qubits, die allgemeine Quantencomputer bisher erreichen konnten, wurden Zahlen wie 15 und 21 erfolgreich faktorisiert. Eine Hoffnung besteht hier auf dem adiabatischen Quantencomputer auf Basis adiabatischen Theorems, der von der Firma D-Wave Systems gebaut, und 2011 mit unvergleichlich vielen 128 Qubits auf den Markt gebracht wurde. Das Problem ist dabei, dass adiabatischen Quantencomputer im normalen Arbeitszustand keine universellen Quantencomputer sind, und hauptsächlich Optimierungsprobleme lösen können. Universelle Quantencomputer können im Circuit model anschaulich jedes herkömmliches Programm abbilden: Jedes klassische Logik-Gatter kann durch Hinzufügen weiterer Ausgänge reversibel werden, und dann als eine unitäre Abbildung oder Matrizen im Quantencomputer realisiert werden. Unitäre Abbildungen sind lineare Abbildungen mit der Eigenschaft, dass sie das komplexe Skalarprodukt zweier Vektoren nach der Abbildung erhalten, d.h. Vektoren behalten die gleiche Länge, und zwei Vektoren behalten den gleichen Winkel zueinander. Der Nachteil des reversiblen Ansatzes ist jedoch, dass dafür womöglich viele Bits benötigt werden, wenn man die Abbildungen nicht zuvor zusammenfassen kann. Theoretisch kann der adiabatische Quantencomputer auch universell sein, nur ist dazu ideal eine ungestörte Umgebung Voraussetzung, was in Realität nicht erreicht werden kann. Es verbleiben Optimierungsprobleme, die über den Hamiltonoperator abgebildet werden können: physikalische Prozesse möchten den energetisch niedrigsten Zustand zu erreichen. Ein Beispiel sind hier Minimalflächen, wie sie von Seifenhäuten und Seifenblasen angenommen werden- und auch zum Bau des Olympiageländes in München genutzt wurden. Im Schülerlabor für Mathematik in Karlsruhe kann man auch viele Experimente dazu durchführen. Wenn man ein Optimierungsproblem lösen möchte, so sind lokale Minima ein Problem- in ihrer Umgebung erscheinen sie als Lösung, sie sind es jedoch insgesamt betrachtet nicht. Eine Möglichkeit die lokalen Minima zu umgehen ist das Verfahren des Simulated Annealing. Hier wird durch externe Störquellen begünstigt, dass lokale Minima verlassen werden, um das globale Minimum zu erreichen. In Quantensystemen spielt hier beim Quantum Annealing zusätzlich der Tunneleffekt eine besondere Rolle, wodurch die Störung noch leichter von lokalen Minima hinweg streut. Dadurch ist das Quantum Annealing prinzipiell und aus der Theorie schneller- oder zumindest nicht langsamer- als das Simulated Annealing. Dabei ist das Quantum Annealing natürlich nur auf einem Quantencomputer effizient umsetzbar. Das ist dabei ein Beispiel für eine Quantensimulation auf einem Quantencomputer in dem Forschungsfeld, das sich mit der Abbildung und Simulation von Quantensystemen befasst. Damit ist der adiabatische Quantencomputer auf eine kleinere Klasse von lösbaren Problemen beschränkt, jedoch soll er dieses mit einer erheblichen höheren Anzahl von Qubits durchführen können- zur Zeit der Aufnahme waren dies mit dem D-Wave Two etwa 512 Qubits. Die Frage, ob diese adiabatischen Quantencomputer mit dieser großen Anzahl von Qubits wirklich als Quantencomputer arbeiten, wurde wissenschaftlich diskutiert: Im Artikel Evidence for quantum annealing with more than one hundred qubits legen die Autoren dar, dass der betrachtete adiabatische Quantencomputer starke Anzeichen für die tatsächliche Umsetzung des Quantum Annealing zeigt. In wie weit jedoch nun eine quantenbedingte Beschleunigung feststellen ist, diskutieren T. Rønnow und Mitautoren in der Arbeit Defining and detecting quantum speedup. Sie erhielten das ernüchternde Ergebnis, dass eine Beschleunigung durch Nutzung des betrachteten Quantensystems nicht eindeutig nachgewiesen werden konnte. Dagegen argumentierten V. Denchev et al. in What is the Computational Value of Finite Range Tunneling?, dass eine 100'000'000-fache Beschleunigung mit hoher Wahrscheinlichkeit gegenüber einem Einprozessor-System nachgewiesen werden kann. Ein Problem bei der Analyse ist, dass die betrachteten Algorithmen für den Quantencomputer in den Bereich der probabilistischen Algorithmen fallen, die Ergebnisse also eine Fehlerwahrscheinlichkeit besitzen, die durch mehrfache Ausführung verringert werden kann. In der Kryptographie werden probabilistische Primzahltests sehr häufig eingesetzt, die auch in diese Klasse der Algorithmen fallen. So wurde im ersten Paper das Verhalten des Quantencomputers in einer Vielzahl von Versuchen mit simulierten Algorithmen verglichen und mit hoher Wahrscheinlichkeit festgestellt, dass der D-Wave-Rechner tatsächlich den Quantum Annealing Algorithmus ausführt. Über den D-Wave-Rechner ist bekannt, dass die einzelnen Qubits durch supraleitende Ringe abgebildet sind und die beiden Stromlaufrichtungen die superpositionierten Zustände darstellen. Die Kopplung zwischen Qubits und nach außen erfolgt durch Spulen, die über die entstehenden Magnetfelder mit den Strömen in den Ringen interagieren. Die Kopplung zwischen Qubits wird damit durch die parametrisierte Kopplung der Spulen realisiert. Für klassische Algorithmen und parallelisierte Computersysteme beschreibt der Begriff des Speedup die Effizienzsteigerung durch Nutzung einer erhöhten Parallelisierung. Je nach Algorithmus gibt es nach Amdahls Gesetz logische Grenzen, wo weitere Parallelisierung keine Gewinn mehr erzielt. Entsprechend besteht der Wunsch den Begriff des Quantum Speedup analog zu definieren und nachzuweisen: Diesen Ansatz verfolgten T. Rønnow und Mitautoren und definierten verschiedene Klassen von Quantum Speedup, wobei der adiabatische D-Wave Quantencomputer für sie nur Anzeichen für ein potentielles Speed-up ergab. Das ist ein ernüchterndes Ergebnis, wobei die Autoren klar weiteren Forschungsbedarf sahen. Hier war das Paper von V. Denchev und Mitautoren eine große Überraschung, wo dem D-Wave 2X Rechner mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Beschleunigung von 10^8 nachgesagt wurde. Neben den Annealing-Verfahren kam hier auch Quantum Monte Carlo zum Einsatz. Im Ergebnis erhielten sie für die Annealing-Verfahren ein asymptotisches Speed-Up, das sich für größere Problemstellungen einstellt, für Quantum Monte Carlo eine von der Problemgröße unabhängige Beschleunigung gegenüber einem klassischen Single-core Rechner. Diese Aussagen trafen aber schnell auf Widerstand und den Nachweis, dass ein im Paper betrachtetes Problem mit anderen Algorithmen teilweise auf einem klassischen Rechner vielfach schneller gelöst werden kann als auf dem Quantencomputer. Literatur und weiterführende Informationen S. Boixo, et al.: Evidence for quantum annealing with more than one hundred qubits, Nature Physics 10.3: 218-224, 2014. T. Rønnow, et al.: Defining and detecting quantum speedup, Science 345.6195: 420-424, 2014. V. Denchev, et al.: What is the Computational Value of Finite Range Tunneling? arXiv preprint arXiv:1512.02206, 2015. R. Harris, R., et al.: Compound Josephson-junction coupler for flux qubits with minimal crosstalk, Physical Review B 80.5: 052506, 2009. S. Ritterbusch: Digitale Währungen, Gespräch mit G. Thäter im Modellansatz Podcast, Folge 32, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2014. http://modellansatz.de/digitale-waehrungen E. Dittrich: Schülerlabor, Gespräch mit G. Thäter im Modellansatz Podcast, Folge 103, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016. http://modellansatz.de/schuelerlabor Bernd Fix: Post-Quantum Krypto, Afra-Berlin.de, Vortrag am 13.12.2013. F. Rieger, F. von Leitner: Fnord Jahresrückblick, 32c3, Vortrag am 29.12.2015. S. Aaronson: Google, D-Wave, and the case of the factor-10^8 speedup for WHAT? Blog-Post mit Updates 16.5.2013-16.12.2015. Quantum Annealing Solver für den Laptop

Schwerpunkt: Claus Ropers von der Universität Göttingen über einen neuartigen photoelektrischen Effekt, bei dem sich die aus einer Metalloberfläche herausgelösten Elektronen völlig anders verhalten als beim üblichen Photoeffekt || Nachrichten: Weiterer Teilchenzerfall mit CP-Verletzung nachgewiesen | Kühlmittel des Herschel-Weltraumteleskops ist aufgebraucht || Veranstaltungen: Greifswald | Hamburg | Darmstadt