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

„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.

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

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

Faszination Helium-4 5

Faszination Helium-4 6

Faszination Helium-4 7

Faszination Helium-4 8

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

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)‏ 10

Bose-Einstein Kondensation 11

Bose-Einstein Kondensation 12

Bose-Einstein Kondensation 13

Bose-Einstein Kondensation 14

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

Physik heute Theorie, Modell 16

Physik heute Beobachtung, Experiment Theorie, Modell 17

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

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 ... 19

Monte Carlo oder die Kunst des Würfelns 20

Monte Carlo Simulation 21

Helium-4 Tröpfchen 22

Der Monte Carlo Würfel Mehr als ein Würfel mit sechs Seiten

Monte Carlo von Helium-4 Tröpfchen 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

Snapshot

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 30

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

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 32

Danke für Eure Aufmerksamkeit! 33