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Helium, ein einfaches Element mit besonderen Eigenschaften Schallausbreitung in Quantenflüssigkeiten Martin Panholzer Institut für Theoretische Physik.

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Präsentation zum Thema: "Helium, ein einfaches Element mit besonderen Eigenschaften Schallausbreitung in Quantenflüssigkeiten Martin Panholzer Institut für Theoretische Physik."—  Präsentation transkript:

1 Helium, ein einfaches Element mit besonderen Eigenschaften Schallausbreitung in Quantenflüssigkeiten Martin Panholzer Institut für Theoretische Physik

2 Vom ganz Kleinen zum Großen Eigenschaften von einzelnen Teilchen Eigenschaften der Materie Vielteilchen-Theorie z.B.: Wasser

3 Vom ganz Kleinen zum Großen Eigenschaften von einzelnen Menschen Eigenschaften einer Menschenmenge Vielteilchen-Theorie

4 Was wollen wir? Anregungen (z.B. Schallwellen) in Systemen berechnen, bei denen die Quantenmechanik eine Rolle spielt Anregungen (z.B. Schallwellen) in Systemen berechnen, bei denen die Quantenmechanik eine Rolle spielt Quantenmechanische Effekte treten bei sehr tiefen Temperaturen auf Quantenmechanische Effekte treten bei sehr tiefen Temperaturen auf Helium: Einziges Element das beim Abkühlen nicht fest wird Helium: Einziges Element das beim Abkühlen nicht fest wird Grund: Quantenmechanik Grund: Quantenmechanik Daher der Name Quantenflüssigkeit Daher der Name Quantenflüssigkeit Ideale Modellsubstanz für unsere Untersuchungen Ideale Modellsubstanz für unsere Untersuchungen

5 Schall ist nicht gleich Schall Normaler Schall: Normaler Schall: Dichtewellen die sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) fortpflanzen. Dichtewellen die sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) fortpflanzen. Ausbreitung durch Stöße. Ausbreitung durch Stöße. Nullter Schall: Nullter Schall: Ebenfalls Dichtewellen die sich mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzen. Ebenfalls Dichtewellen die sich mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzen. Ausbreitung durch Änderung der effektiven WW. Ausbreitung durch Änderung der effektiven WW. Tritt nur bei tiefen Temperaturen auf. Tritt nur bei tiefen Temperaturen auf.

6 Nackte und Effektive Wechselwirkung Nackte WW Effektive WW

7 Kollektive Mode oder Nullter Schall Der Schallfortpflanzung liegt die effektive Wechselwirkung zu Grunde. Der Schallfortpflanzung liegt die effektive Wechselwirkung zu Grunde. Dichteänderung Änderung der effektiven WW Fortpflanzung der Dichteänderung

8 Analogie: La Ola Welle

9 Unschärferelation und das Nicht-Fest-Werden von Helium D x D v m > h/2 p Ich weiß wie schnell ich bindafür weiß ich nicht wo ich bin Ich weiß wo ich bindafür weiß ich nicht wie schnell ich bin

10 Ortsunschärfe in zwei Dimensionen:

11 Viele neue Eigenschaften durch die Quantenmechanik z.B. Suprafluidität

12 Die „Spin“nen die Physiker Bosonen: Lichtquanten, 2 Fermionen können ein Boson bilden Fermionen: Elektronen, Protonen, Neutronen 4 He: Boson 3 He: Fermion Alle Teilchen im Universum werden aufgrund ihres Spins unterteilt in Fermionen und Bosonen.

13 Was bedeutet das für die Menschenmenge? Die Menge besteht aus Mädchen und Burschen Die Menge besteht aus Mädchen und Burschen Diese können Paare bilden Diese können Paare bilden Alles wird komplizierter

14 Was habe ich gemacht? Theoretisches Modell Rechner Ergebnis

15 Die Theorie gilt nicht nur für Helium! Aktuell wird auch am Elektronengas geforscht Aktuell wird auch am Elektronengas geforscht Weiters kann sie auch auf Nukleare Materie angewendet werden. (Große Atomkerne, Neutronensterne) Weiters kann sie auch auf Nukleare Materie angewendet werden. (Große Atomkerne, Neutronensterne) Sie gilt weiters auch für viele andere Systeme, jedoch kann man deren Eigenschaften auch mit einfacheren Modellen erklären. (Mit Kanonen auf Spatzen schießen) Sie gilt weiters auch für viele andere Systeme, jedoch kann man deren Eigenschaften auch mit einfacheren Modellen erklären. (Mit Kanonen auf Spatzen schießen)

16 Was bringt das Ganze? Verständnis dafür wie die Natur funktioniert Verständnis dafür wie die Natur funktioniert Mögliche Anwendungen: Überall wo Fermiflüssigkeiten auftreten Mögliche Anwendungen: Überall wo Fermiflüssigkeiten auftreten Unsere Theorie ist ein Werkzeug um schwierige Probleme zu lösen Unsere Theorie ist ein Werkzeug um schwierige Probleme zu lösen

17 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!


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