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!