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Kristalle sind Meister der Ordnung – und doch entstehen sie aus dem Chaos. Aus dem Durcheinander einer flüssigen Lösung, in der die verschiedensten Teilchen ziellos umeinanderschwimmen, bildet sich unter den richtigen Bedingungen ein streng geordneter Festkörper, in dem jedes Atom seinen festen Platz hat. Der Aufbau eines solchen Gebildes, Teilchen für Teilchen und Schicht für Schicht, folgt festen Regeln.

Was genau passiert, wenn sich ein neues Teilchen zu einem Kristall gesellt? Eine Gruppe um die Chemikerin Rajshree Chakrabarti von der University of Houston hat das Rätsel jetzt aufgeklärt. Anders als gemeinhin angenommen, läuft der Prozess in zwei Schritten ab.

Ein neues Molekül oder Atom kann sich nicht an beliebiger Stelle an einen bestehenden Kristall anlagern. Das Wachstum erfolgt in Schichten, und das nächste Teilchen wird immer an derjenigen Stelle angebaut, die für den Kristall den größten Energiegewinn darstellt. Das sind, praktisch gesprochen, Knicke, Kanten, Ecken oder Vorsprünge. An solchen Andockstellen (in der Fachsprache als »kinks« bezeichnet) kann das hinzukommende Teilchen die meisten Bindungen zu den Teilchen im Kristall ausbilden.

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Europa treibt die Pläne zum Bau eines 91 Kilometer langen, 16 Milliarden Euro teuren Teilchenbeschleunigers unter französischem und schweizerischem Gebiet voran. Mit der Maschine könnten Forschende das Higgs-Boson im Detail untersuchen. Nachdem der Vorgänger, der 27 Kilometer lange Large Hadron Collider (LHC) des CERN, jedoch keine bahnbrechenden neuen Erkenntnisse für die Physik gebracht hat, müssen Fachleute die Geldgeber erst davon überzeugen, dass sich solch eine enorme Investition lohnt.

Fazit im Artikel:

Einerseits eröffnet das die Möglichkeit, interessante topologische Systeme, beispielsweise für Quantencomputer, mit wenig Aufwand zu erforschen. Andererseits legt es nahe, dass exotische topologische Effekte womöglich auch anderswo eine größere Rolle spielen als bisher gedacht – zum Beispiel im Klimasystem. So gibt es Hinweise darauf, dass bestimmte atmosphärische Wellen am Äquator tatsächlich von topologischen Effekten herrühren.

Siehe auch Quantenmechanik erklärt Riesenwellen am Äquator

Im Jahr 1883 stellte der bekannte österreichische Physiker Ernst Mach ein scheinbar einfaches Problem vor, das Physikerinnen und Physiker mehr als ein Jahrhundert lang beschäftigen sollte. Was passiert, wenn man einen Sprinkler rückwärtslaufen lässt? Ein klassischer Sprinkler besteht aus gebogenen Düsen, die von einer drehbaren zentralen Achse abgehen. Strömt Wasser durch die Röhren nach außen, versetzt der Rückstoß das Gerät in Rotation. Doch was würde passieren, wenn man stattdessen Wasser durch die Auslässe in das Gerät hineinsaugt? Man sollte meinen, dass das Gerät sich dann einfach in die entgegengesetzte Richtung dreht. Doch so einfach ist es keineswegs: Es gibt keine überzeugende theoretische Begründung dafür, und unzählige Experimente konnten nicht einmal klären, ob der umgedrehte Sprinkler überhaupt rotiert.

Bisher ging man davon aus, dass Kühlen und Erhitzen im Prinzip das Gleiche seien. In beiden Fällen ändert sich die Temperatur, nur mit umgekehrtem Vorzeichen. Doch wie Forscher um Miguel Ibáñez der Universität Granada nun erstaunt festgestellt haben, scheint es zwischen beiden Prozessen einen fundamentalen Unterschied zu geben: Ein Objekt lässt sich demnach stets schneller erhitzen als abkühlen, zudem durchlaufe es beim Kühlen völlig andere Zustände.

Paper: Heating and cooling are fundamentally asymmetric and evolve along distinct pathways | PDF

Robustes „Ticken“: Physiker haben einen Zeitkristall erschaffen, der langlebiger und robuster ist als alle bisherigen Objekte dieser Art. Das regelmäßige „Ticken“ dieses Halbleiterkristalls hält über Stunden an – statt nur Millisekunden. Zudem sind die spontanen, regelmäßigen Spin-Oszillationen erstaunlich robust und vertragen auch Veränderungen der Experimentbedingungen, wie die Forschenden in „Nature Physics“ berichten. Dies könnte die Erforschung dieses physikalischen Phänomens weiter voranbringen.

Marie Curies radioaktiver Pavillon des Sources in Paris wird nun doch abgerissen, aber danach an anderer Stelle originalgetreu wiedererrichtet. Mit diesem Kompromiss endet der Streit um das von der Chemikerin Marie Skłodowska-Curie genutzte Gebäude. Ursprünglich sollte der kleine Backsteinpavillon einem neu zu gründenden Krebsforschungszentrum weichen. Nach Protesten aus Öffentlichkeit und Wissenschaft wurde das Vorhaben jedoch vom französischen Kulturministerium gestoppt, das daraufhin die Vermittlung aufnahm.

Älterer Post zum Thema: Verseuchtes Denkmal: Marie Curies radioaktives Labor darf stehen bleiben

Der Schock kam im Labor: Forschende des Schweizer Paul Scherrer Instituts (PSI) bemerkten bei der Analyse eines Eiskerns, den sie aus einem 4100 Meter hohen Gletscher gebohrt hatten, dass nicht mehr alle erwarteten Informationen darin gespeichert waren. Die zunehmenden Temperaturen hatten einem der höchstgelegenen Alpengletschern, dem Corbassière-Gletscher des Grand Combin im Schweizer Kanton Wallis, so zugesetzt, dass er als Klimaarchiv unbrauchbar geworden war. Der Verlust der sensiblen Daten kam überraschend für die Fachleute, die mit einer solch raschen Zerstörung nicht gerechnet hatten.

Paper: High-altitude glacier archives lost due to climate change-related melting | PDF

Den Entwurf des Cyber Resilience Acts haben viele Open-Source-Entwickler als Gefahr benannt. Die Risiken seien nun aber gebannt, schreibt die OSI.