Helium, ein Helium, ein einfaches Element einfaches Element

mit besonderen mit besonderen EigenschaftenEigenschaftenSchallausbreitung in Schallausbreitung in

QuantenflüssigkeitenQuantenflüssigkeiten

Martin PanholzerInstitut für Theoretische Physik

Vom ganz Kleinen zum Vom ganz Kleinen zum GroßenGroßen

Eigenschaften von einzelnen Teilchen

Eigenschaften der Materie

Vielteilchen-Theorie

z.B.: Wasser

Vom ganz Kleinen zum Vom ganz Kleinen zum GroßenGroßen

Eigenschaften von einzelnen Menschen

Eigenschaften einer Menschenmenge

Vielteilchen-Theorie

Was wollen wir?Was wollen wir? Anregungen (z.B. Schallwellen) in Anregungen (z.B. Schallwellen) in

Systemen berechnen, bei denen die Systemen berechnen, bei denen die Quantenmechanik eine Rolle spieltQuantenmechanik eine Rolle spielt Quantenmechanische Effekte treten bei sehr Quantenmechanische Effekte treten bei sehr

tiefen Temperaturen auftiefen Temperaturen auf Helium: Einziges Element das beim Abkühlen Helium: Einziges Element das beim Abkühlen

nicht fest wirdnicht fest wird Grund: QuantenmechanikGrund: Quantenmechanik

Daher der Name QuantenflüssigkeitDaher der Name Quantenflüssigkeit Ideale Modellsubstanz für unsere UntersuchungenIdeale Modellsubstanz für unsere Untersuchungen

Schall ist nicht gleich Schall ist nicht gleich SchallSchall

Normaler Schall:Normaler Schall: Dichtewellen die sich mit einer bestimmten Dichtewellen die sich mit einer bestimmten

Geschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) Geschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) fortpflanzen.fortpflanzen.

Ausbreitung durch Stöße.Ausbreitung durch Stöße.

Nullter Schall:Nullter Schall: Ebenfalls Dichtewellen die sich mit Ebenfalls Dichtewellen die sich mit

Schallgeschwindigkeit fortpflanzen. Schallgeschwindigkeit fortpflanzen. Ausbreitung durch Änderung der effektiven Ausbreitung durch Änderung der effektiven

WW.WW. Tritt nur bei tiefen Temperaturen auf.Tritt nur bei tiefen Temperaturen auf.

Nackte und Effektive Nackte und Effektive WechselwirkungWechselwirkung

Nackte WW

Effektive WW

Kollektive Mode oder Kollektive Mode oder Nullter SchallNullter Schall

Der Schallfortpflanzung liegt die Der Schallfortpflanzung liegt die effektive Wechselwirkung zu effektive Wechselwirkung zu Grunde.Grunde.

Dichteänderung Änderung der effektiven WW

Fortpflanzung der Dichteänderung

Analogie: La Ola WelleAnalogie: La Ola Welle

Unschärferelation und das Unschärferelation und das Nicht-Fest-Werden von Nicht-Fest-Werden von

HeliumHelium x x v m > h/2v m > h/2

Ich weiß wie schnell ich bin dafür weiß ich nicht wo ich bin

Ich weiß wo ich bin dafür weiß ich nicht wie schnell ich bin

Ortsunschärfe in zwei Dimensionen:

Viele neue Eigenschaften Viele neue Eigenschaften durch die durch die

QuantenmechanikQuantenmechanikz.B. Suprafluidität

Die „Spin“nen die Die „Spin“nen die PhysikerPhysiker

•Bosonen: Lichtquanten, 2 Fermionen können ein Boson bilden•Fermionen: Elektronen, Protonen, Neutronen

4He: Boson 3He: Fermion

Alle Teilchen im Universum werden aufgrund ihres Spins unterteilt in Fermionen und Bosonen.

Was bedeutet das für die Was bedeutet das für die Menschenmenge?Menschenmenge?

Die Menge besteht aus Mädchen und Die Menge besteht aus Mädchen und BurschenBurschen

Diese können Paare bildenDiese können Paare bilden

Alles wird komplizierter

Was habe ich gemacht?Was habe ich gemacht?Theoretisches Modell

Rechner

Ergebnis

Die Theorie gilt nicht nur Die Theorie gilt nicht nur für Helium!für Helium!

Aktuell wird auch am Elektronengas Aktuell wird auch am Elektronengas geforschtgeforscht

Weiters kann sie auch auf Nukleare Weiters kann sie auch auf Nukleare Materie angewendet werden. (Große Materie angewendet werden. (Große Atomkerne, Neutronensterne)Atomkerne, Neutronensterne)

Sie gilt weiters auch für viele andere Sie gilt weiters auch für viele andere Systeme, jedoch kann man deren Systeme, jedoch kann man deren Eigenschaften auch mit einfacheren Eigenschaften auch mit einfacheren Modellen erklären. (Mit Kanonen auf Modellen erklären. (Mit Kanonen auf Spatzen schießen)Spatzen schießen)

Was bringt das Ganze?Was bringt das Ganze? Verständnis dafür wie Verständnis dafür wie

die Natur funktioniertdie Natur funktioniert Mögliche Mögliche

Anwendungen: Überall Anwendungen: Überall wo Fermiflüssigkeiten wo Fermiflüssigkeiten auftretenauftreten Unsere Theorie ist ein Unsere Theorie ist ein

Werkzeug um Werkzeug um schwierige Probleme zu schwierige Probleme zu lösenlösen

Vielen Dank für Vielen Dank für die die

Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!