Helium Von Teilchen und Löchern Labor für Tieftemperaturphysik

HeliumHelium

Von Teilchen und LöchernVon Teilchen und Löchern

Labor für Tieftemperaturphysik

Helium – Was ist das?Helium – Was ist das?

EdelgasEdelgas

Füllgas für Ballons, LuftschiffeFüllgas für Ballons, Luftschiffe

Kühlmittel in der TieftemperaturphysikKühlmittel in der Tieftemperaturphysik

......

Sonne:Sonne:griech. „Helios“griech. „Helios“

Warum uns Helium fasziniertWarum uns Helium fasziniert

Einziger Stoff, der nicht fest wird!Einziger Stoff, der nicht fest wird!

„„Supra-flüssigSupra-flüssig“ bei sehr tiefen Temperaturen“ bei sehr tiefen Temperaturen

zähflüssig zähflüssig leicht flüssigleicht flüssig

Helium: Das AtomHelium: Das Atom

44He He && 33He – der kleine UnterschiedHe – der kleine Unterschied

„Isotope“

44He He -- KernKern

2 Protonen + 2 Neutronen2 Protonen + 2 Neutronen

33HeHe -- KernKern

2 Protonen + 1 Neutron2 Protonen + 1 Neutron

n p

p n

p

p

n

Viele Teilchen – Eine PhysikViele Teilchen – Eine Physik

Was wir beschreiben wollenWas wir beschreiben wollen

Flüssiges 3He bei T~ 0K

Wieviel ist (zu-)viel?Wieviel ist (zu-)viel?

Newton (17. Jhd):Newton (17. Jhd):

Dreikörpersystem nicht mehr exakt lösbarDreikörpersystem nicht mehr exakt lösbar

Quantenphysik (Anfang 20. Jhd):Quantenphysik (Anfang 20. Jhd):

Zwei- und Einkörperproblem nicht mehr exakt lösbar!Zwei- und Einkörperproblem nicht mehr exakt lösbar!

Jetzt (Relativistische Quantenfeldtheorie):Jetzt (Relativistische Quantenfeldtheorie):

Vakuum nicht mehr lösbar! Vakuum nicht mehr lösbar!

Null Teilchen sind bereits „zuviel“!Null Teilchen sind bereits „zuviel“!

3 – 2 – 1 – 0….es geht abwärts!3 – 2 – 1 – 0….es geht abwärts!

Wir machen uns ein Modell…Wir machen uns ein Modell…

Die spinnen die Teilchen…Die spinnen die Teilchen…

Teilchen haben einen Drehimpuls: Teilchen haben einen Drehimpuls: „Spin“„Spin“

Halbzahliger Spin: „Fermionen“Halbzahliger Spin: „Fermionen“Ganzzahliger Spin: „Bosonen“Ganzzahliger Spin: „Bosonen“

33He ist ein FermionHe ist ein Fermion,, 44He ein BosonHe ein Boson

(c) W. Fenz

Spin 1/2

Einzelgänger in einem See Einzelgänger in einem See

Nur 1 Fermion pro Platz - „Zustand“- ist möglichNur 1 Fermion pro Platz - „Zustand“- ist möglich

Einzelgänger in einem See Einzelgänger in einem See

Nur 1 Fermion pro Platz - „Zustand“- ist möglichNur 1 Fermion pro Platz - „Zustand“- ist möglich

Fermienergie

„Fermisee“

Ein Teilchen, ein Loch und ein PaarEin Teilchen, ein Loch und ein Paar

„„Teilchen – Lochpaar“Teilchen – Lochpaar“

Teilchen

LochAnregung

Quasi-(ein)-Teilchen?Quasi-(ein)-Teilchen?

Kleider machen Quasiteilchen…

Beschwerliche VerkleidungenBeschwerliche VerkleidungenVorher:Vorher: Viele wechselwirkende Teilchen Viele wechselwirkende TeilchenJetzt:Jetzt: „Quasiteilchen“ - unabhängig aber „Quasiteilchen“ - unabhängig aber

veränderte Eigenschaftenveränderte EigenschaftenVerhält sich als hätte es eine Verhält sich als hätte es eine veränderte Masseveränderte Masse

„„Effektive Masse“Effektive Masse“

……und die wollten wir berechnen!und die wollten wir berechnen!

Ergebnis:Ergebnis:

„ „Nacktes“ HeliumNacktes“ Helium

QuasiheliumQuasihelium

3He: Stark wechselwirkendes System!

Stark wechselwirkendes System…Stark wechselwirkendes System…

Etwas Abschreckung muss sein!Etwas Abschreckung muss sein!

Aus dem Leben eines Physikers…Aus dem Leben eines Physikers…

„Was ist mit unserer eleganten Lösung passiert?“

Wozu das Ganze?Wozu das Ganze?

„„Die heilige Neugier des Forschens!“Die heilige Neugier des Forschens!“

Dank & co.Dank & co. Prof. Krotscheck & Institut für Theoretische PhysikProf. Krotscheck & Institut für Theoretische Physik

3. Dr. Fenz für die Spinabbildung3. Dr. Fenz für die Spinabbildung

„Was? Eine Frage? – Da hast du meine Antwort!“