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Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
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Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 6 Tage her - 1 Woche 6 Tage herUltrakaltes Labor:
Um die Suprafluidität in molekularem Wasserstoff zu demonstrieren, schlossen Forscher der University of British Columbia, des RIKEN und der Kanazawa University die Moleküle in einem Nanotröpfchen Helium ein und betteten anschließend ein Methanmolekül in die Wasserstoffmoleküle ein.
Durch Bestrahlen des Methans mit einem Laserstrahl brachten sie es in Rotation. Messungen der Rotation führten zu der Entdeckung des Beginns der Suprafluidität in Wasserstoff.Ein internationales Team unter der Leitung von Chemikern der University of British Columbia (UBC), Kanada, hat überzeugende experimentelle Belege für eine suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff bei 0,4 K vorgelegt. Diese Phase, die 1972 theoretisch vorhergesagt wurde, wurde bisher nur in Helium und ultrakalten atomaren Gasen beobachtet, nicht jedoch in Molekülen. Die Arbeit könnte Wissenschaftlern ein besseres Verständnis von Quantenphasenübergängen und kollektiven Phänomenen ermöglichen. Spekulativer betrachtet, könnte sie die Speicherung und den Transport von Wasserstoff voranbringen. Suprafluidität ist ein quantenmechanischer Effekt, der bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt auftritt. Nähert sich die Temperatur bestimmter Flüssigkeiten diesem Wert, gehen sie in einen viskositätsfreien Zustand über und beginnen widerstandslos zu fließen – ein Verhalten, das sich grundlegend von dem gewöhnlicher Flüssigkeiten unterscheidet. Zuvor wurde Suprafluidität in Helium (3He und 4He) sowie in Clustern ultrakalter Atome, sogenannten Bose-Einstein-Kondensaten, beobachtet. Molekularer Wasserstoff (H2), das einfachste und leichteste aller Moleküle, sollte grundsätzlich auch bei ultrakalten Temperaturen supraflüssig werden. Wie 4He ist H2 ein Boson und kann daher theoretisch zu einer supraflüssigen Phase kondensieren. Das Problem ist jedoch, dass dieser supraflüssige Zustand voraussichtlich erst bei einer Temperatur zwischen 1 und 2 K eintritt, was unter seinem Gefrierpunkt von 13,8 K liegt.
Eine neue Wendung im Rotationsexperiment
Um die molekulare Wasserstoffflüssigkeit unter ihrem Gefrierpunkt zu halten, schlossen Teamleiter Takamasa Momose und Kollegen an der UBC kleine Cluster von Wasserstoffmolekülen in Helium-Nanotröpfchen bei 0,4 K ein. Anschließend betteten sie ein Methanmolekül in den Wasserstoffcluster ein und beobachteten dessen Rotation mittels Laserspektroskopie. Momose beschreibt diesen Aufbau als Miniaturversion eines Experiments des georgischen Physikers Elephter Andronikashvili aus dem Jahr 1946, das zeigte, dass sich Scheiben in supraflüssigem Helium ohne Widerstand drehen können. Als „Scheibe“ wählten sie Methan, erklärt Momose, weil es schnell rotiert und nur sehr schwach mit H2 interagiert. Dadurch stört es das Verhalten des Mediums, in dem es rotiert, nicht.
Beginn der Suprafluidität
In Clustern mit weniger als sechs Wasserstoffmolekülen beobachteten sie Anzeichen von Reibung, die die Rotation des Methans beeinflusste. Als die Cluster auf zehn Moleküle anwuchsen, begann diese Reibung zu verschwinden, und das rotierende Methanmolekül rotierte schneller und ohne Widerstand. Dies deutet darauf hin, dass sich die meisten Wasserstoffmoleküle um das Molekül herum wie eine einzige Quanteneinheit verhalten, was ein Zeichen für Suprafluidität ist. „Bei Clustern größer als N = 10 verhielt sich der Wasserstoff wie eine perfekte Supraflüssigkeit, was bestätigt, dass er ohne Widerstand fließt“, erklärt Momose. Die Forscher, die seit fast 20 Jahren an diesem Projekt arbeiten, geben an, es in Angriff genommen zu haben, weil der Nachweis von Suprafluidität in H2 „eine der faszinierendsten unbeantworteten Fragen der Physik ist – seit 50 Jahren diskutiert“. Neben der Frage, wie Wasserstoff bei extrem niedrigen Temperaturen flüssig gehalten werden kann, mussten sie auch einen Weg finden, den Beginn der Suprafluidität mit ausreichender Präzision zu detektieren. „Indem wir Methan als Sonde verwendeten, konnten wir endlich messen, wie Wasserstoff seine Bewegung beeinflusst“, sagt Momose.
Ein tieferes Verständnis
Das Team ist überzeugt, dass die Entdeckung neue Wege zur Erforschung von Quantenflüssigkeiten jenseits von Helium eröffnet. Dies könnte Wissenschaftlern zu einem tieferen Verständnis von Quantenphasenübergängen und kollektiven Quantenphänomenen führen, fügt Momose hinzu. Die Forscher planen nun, größere Wasserstoffcluster (von N = 20 bis über eine Million) zu untersuchen, um zu verstehen, wie sich die Suprafluidität mit der Größe entwickelt und ob die Cluster schließlich gefrieren oder flüssig bleiben. „Dies wird uns helfen, die Grenze zwischen Quanten- und klassischer Materie zu erforschen“, erklärt Momose. Sie wollen außerdem testen, wie suprafluider Wasserstoff auf äußere Reize wie elektrische und magnetische Felder reagiert. Solche Experimente könnten noch faszinierendere Quantenverhaltensweisen aufdecken und unser Verständnis der molekularen Suprafluidität vertiefen, so Momose. Sie könnten auch praktische Anwendungen haben, fügt er hinzu. „Aus praktischer Sicht ist Wasserstoff ein entscheidendes Element in sauberen Energietechnologien, und das Verständnis seiner Quanteneigenschaften könnte neue Ansätze für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff inspirieren“, sagt er. Die Ergebnisse dieser Experimente könnten auch wichtige Erkenntnisse zur Erzielung von Suprafluidität in flüssigem Wasserstoff liefern – ein wesentlicher Schritt zur Nutzung reibungsloser Strömungen für effizientere Energietransportsysteme.
Ein ähnliches ausführliches Paper:
www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu1093
Das könnte auch eine Bedeutung für Quantenzustände und - übergänge wie bereits erwähnt sein und oder zur Erklärung des Anfangs oder Endes des Universum dienen und außer mir sicher UN73 interessieren. Ich las zwei Artikel heute nur flüchtig, also auf bald. MondlichtForschungsartikel
CHEMISCHE PHYSIK
Teilen auf Erforschung molekularer Suprafluidität in Wasserstoffclustern
Zusammenfassung
Molekularer Wasserstoff (H2) wird seit langem als suprafluid – ein Zustand der Viskosität Null – bei extrem niedrigen Temperaturen vorhergesagt. Seine Existenz bleibt jedoch trotz mehrerer experimenteller Berichte umstritten. In dieser Studie untersuchten wir die Infrarotübergänge von Methan, eingebettet in Cluster von Parawasserstoffmolekülen, bei 0,4 K mittels hochauflösender Helium-Nanotröpfchenspektroskopie. Unsere Ergebnisse zeigten vollständig quantisierte Rotationszustände von Methan mit minimaler Interferenz durch umgebende H2-Moleküle. Dies ermöglichte die präzise Bestimmung der Rotationskonstante für jeden Wasserstoffcluster. Die Clustergrößenabhängigkeit der ermittelten Rotationskonstante stimmt mit dem durch Pfadintegral-Monte-Carlo-Simulationen vorhergesagten Verhalten überein. Dies deutet darauf hin, dass mehr als 60 % der Wasserstoffmoleküle in den Clustern an quantenbosonischen Austauschprozessen teilnehmen, einem charakteristischen Merkmal der Suprafluidität. Diese Arbeit liefert starke experimentelle Beweise für die Existenz einer supraflüssigen Phase von molekularem Wasserstoff bei 0,4 K und stellt einen großen Fortschritt im Verständnis des Quantenverhaltens in molekularen Systemen dar.
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 5 Tage herEs ist immer interessant, wenn "neue" Experimente "alte" Vorhersagen bestätigen. Das bringt die Physik weiter.Die Arbeit könnte Wissenschaftlern ein besseres Verständnis von Quantenphasenübergängen und kollektiven Phänomenen ermöglichen. Spekulativer betrachtet, könnte sie die Speicherung und den Transport von Wasserstoff voranbringen. Suprafluidität ist ein quantenmechanischer Effekt, der bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt auftritt. Nähert sich die Temperatur bestimmter Flüssigkeiten diesem Wert, gehen sie in einen viskositätsfreien Zustand über und beginnen widerstandslos zu fließen – ein Verhalten, das sich grundlegend von dem gewöhnlicher Flüssigkeiten unterscheidet. Zuvor wurde Suprafluidität in Helium (3He und 4He) sowie in Clustern ultrakalter Atome, sogenannten Bose-Einstein-Kondensaten, beobachtet. Molekularer Wasserstoff (H2), das einfachste und leichteste aller Moleküle, sollte grundsätzlich auch bei ultrakalten Temperaturen supraflüssig werden. Wie 4He ist H2 ein Boson und kann daher theoretisch zu einer supraflüssigen Phase kondensieren. Das Problem ist jedoch, dass dieser supraflüssige Zustand voraussichtlich erst bei einer Temperatur zwischen 1 und 2 K eintritt, was unter seinem Gefrierpunkt von 13,8 K liegt.
Eine technische Anwendung sehe ich für suprafluiden Wasserstoff nicht. Der Aufwand, eine Leitung auf 1 K abzukühlen, ist viel zu groß, als dass man sich diesen Effekt zum Transport verwenden kann.
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 5 Tage her - 1 Woche 5 Tage her21.01.2025 | Der Strombedarf steigt kontinuierlich – und damit die Herausforderung, unser Netz bei erhöhter Leistungsfähigkeit stabil zu halten. Die SWM Infrastruktur, Netzbetreiber in München, entwickelt mit Partnern derzeit eine Supraleitung, die genau das sicherstellen soll: energieeffizienter als herkömmliche Leitungen über lange Strecken hinweg verlässlich Strom übertragen. Seit Oktober 2024 wird ein Prototyp im Hauptumspannwerk Menzing getestet, 2030 soll er in Betrieb gehen.
Die neuen Supraleiter nennt man Hochtemperatur-Supraleiter, denn sie funktionieren bereits bei etwas höheren Temperaturen, um die minus 200 Grad Celsius.
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 5 Tage herKaum zu glauben, dass sich das innerhalb einer Stadt rentiert.Spannend.
Aber es sind ja diverse Vorteile durch die höhere Kapazität, so genügt eine Leitung statt mehreren.
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 4 Tage herBitte Anmelden oder Registrieren um der Konversation beizutreten.
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 4 Tage her - 1 Woche 4 Tage herHA, KREISCH! Naja, jibt ja ooch GefrierBRAND, hahaRainer schrieb: Die neuen Supraleiter nennt man Hochtemperatur-Supraleiter, denn sie funktionieren bereits bei etwas höheren Temperaturen, um die minus 200 Grad Celsius.
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 4 Tage her - 1 Woche 4 Tage herapproximately 1 K
In February 2003, the Boomerang Nebula was observed to have been releasing gases at a speed of 500,000 km/h (310,000 mph) for the last 1,500 years. This has cooled it down to approximately 1 K, as deduced by astronomical observation, which is the lowest natural temperature ever recorded.
spark.iop.org/coldest-place-universe
Nehmen wir mal an, das stimmt in etwa... 1K ... und schauen zu wie Wasserstoff suprafluid werden würde... nur mal angenommen - was hieße das für verschiedene Bereiche im und um den Nebel? Was würde passieren? Und ja, ist schon ein paar Jahre alt.
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 4 Tage her - 1 Woche 4 Tage herDanke für den Tipp. Ich habe das noch längst nicht auf theoretische (geschweige denn praktische, haha) machbarkeit hin abgeklopft, da brauche ich noch sehr viel mehr Wissen und Gespräche mit x und y. (Nein, Yukterez, wenn du einwendest, so wie du die Jugend kennst, meine ich sicher einen Chat Bot? Meine ich nicht, ich meine Bekannte von mir. Menschen. Oke? 😉 )Im Weltraum könnte die Dichte von Wasserstoff zu gering sein, als dass sich Suprafluidität einstellen könnte, auch bei sehr geringen Temperaturen.
Im Augenblick habe ich jedenfalls Bock mich damit ausgiebiger zu beschäftigen. Mir fiel nur auf, wie viele Theorien von einem "strömenden fließenden - flüssigen - Universum Grundmedium ausgehen", Panta Rhei, vielleicht fälschlicherweise, wie auch immer - das ist bereits semantisch geprägt, wenn wir von der "Verdünnung" der Dichte sprechen, je weiter und ferner von unserer Galaxie, ist doch echt scharf, oder? Das Wort "Verdünnung" rührt daher...
- vom vermaledeiten Ether will ich nicht reden, der Name schon - omg - aber ein in weiter Ferne F A S T Ideales Vakuum (IV - wenn auch mit QF, mit oder ohne DE, egal) ist ja bereits ziemlich reibungslos ... schluß, irgendwann mehr dazu.
Schönen Sonntagabend, lieben Gruß, Rainer & Claus!
Mondlicht
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 4 Tage her - 1 Woche 4 Tage herDies umfasst allerdings auch die dortigen Galaxien.
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 4 Tage her - 1 Woche 4 Tage herng = (3e-69) 1/m³
In den Voids soll diese auf 20% des Wertes sinken also 6e-70 1/m³
www.spektrum.de/lexikon/astronomie/voids/518
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 4 Tage her - 1 Woche 4 Tage herWie jetzt, mein Bester, seit wann liest du SPEKTRUM??? Ich kenne dich nur darüber nasezwirbelnd...Die Galaxiendichte beträgt etwa
ng = (3e-69) 1/m³
In den Voids soll diese auf 20% des Wertes sinken also 6e-70 1/m³
www.spektrum.de/lexikon/astronomie/voids/518
Mir knallen beim anklicken gleich 5x Werbung und 8 Angebote und alle möglichen Fragen um den Kopf, dass ich das Fenster sofort wieder schloß!!! Lese ich nicht mehr, fertig.
Ich weiß, die (Spektrum) laufen auf dem Zahnfleisch und - naja - du weiß schon.
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 4 Tage her - 1 Woche 4 Tage herIch benütze Adguard ein Addon für FF, ich bekomme da nur wenig Werbung.Mir knallen beim anklicken gleich 5x Werbung und 8 Angebote
Spektrum lese ich zwar nicht, aber für Info nehme ich es schon gerne. Ob das mit 20% Galaxiendichte stimmt, kann man nicht sehen.
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 4 Tage her - 1 Woche 4 Tage herIm gesamten Universum geht man von einer durchschnittlichen Dichte vonnur noch 0,1 Protonen pro m³.
np = 0,2515 1/m³
aus. Genau genommen sind es Baryonen, ein Teil davon ist ja auch Helium.
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Re: Aggregatzustände Forschungsupdate - Erstmals suprafluide Phase in molekularem Wasserstoff
1 Woche 4 Tage herIch fass es echt nicht, du hast mir mal einen Psalm erzählt, hahaha, echt sauscharf! Aber ist auch egal, ich mache nur Spaß und sülze nicht wegen deiner Links, mein Lieber, oh das Wasser kocht..... 😉Ich benütze Adguard ein Addon für FF, ich bekomme da nur wenig Werbung.Mir knallen beim anklicken gleich 5x Werbung und 8 Angebote
Spektrum lese ich zwar nicht, aber für Info nehme ich es schon gerne. Ob das mit 20% Galaxiendichte stimmt, kann man nicht sehen.
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