”Und er würfelt doch...”

Johannes MayrhoferInstitut für Theoretische Physik

16. April 2009

Albert Einstein, Brief an Max Born, 1926: „…der Alte (Anm. Gott) würfelt nicht…“

GRUND: Unzufriedenheit mit Quantenmechanik

HEUTE: Quantenmechanik hat sich bewährt

MEINE DIPLOMARBEIT: Ein kompliziertes quantenmechanisches System kann durch eine Art würfeln beschrieben werden.

„Und er würfelt doch…“

Faszination Helium-4

Man sieht es nicht aber kann es hören !-)

Faszination Helium-4

Einzige Substanz, die flüssig ist bei T = 0K

Suprafluidität (T < 2,17 K)

Reibungsloses Fließen

Faszination Helium-4

Faszination Helium-4

Faszination Helium-4

Faszination Helium-4

Faszination Helium-4

Einzige Substanz, die flüssig ist bei T = 0K

Suprafluidität (T < 2,17 K)

Reibungsloses Fließen Hohe Wärmeleitfähigkeit

Bose-Einstein Kondensat

Quantenmechanik

Was wollen wir?

Was? Bose-Einstein Kondensat in Helium-4

TröpfchenWieso? Brücke zw. ”Quantenwelt” und unserer WeltWie?

Computersimulationen mit Monte Carlo MethodeWo?

am absoluten Nullpunkt (-273,15°C)

Bose-Einstein Kondensation

Bose-Einstein Kondensation

Bose-Einstein Kondensation

Bose-Einstein Kondensation

BEC „anschaulich”

Bosonen, alle sind gleich und können im selben Schritt marschieren

Keiner weiß, wo er sich gerade befindet und bewegt sich nicht.

Physik heute

Physik heute

Physik heute

Warum Simulationen in der Physik?

Billiger und variabler als klassisches Experiment

Teilweise einzige Möglichkeit über ein physikalisches System mehr herauszufinden

Theoretische Modelle überprüfen

Einfache Modelle von kleinen Systemen können auf größere erweitert werden mit teils geringen Aufwand

...

Monte Carlo oder die Kunst des Würfelns

Monte Carlo Simulation

Helium-4 Tröpfchen

Der Monte Carlo Würfel

Mehr als ein Würfel mit sechs Seiten

Monte Carlo von Helium-4 Tröpfchen

Monte Carlo von Helium-4 Tröpfchen

Monte Carlo von Helium-4 Tröpfchen

Monte Carlo von Helium-4 Tröpfchen

Monte Carlo von Helium-4 Tröpfchen

Snapshot

Monte Carlo von Helium-4 Tröpfchen

Erzeuge mir Millionen solcher Anordnung

Messe die Abstände zw. den Atomen

Energie, Dichte und natürlich das Bose-Einstein Kondensat

Was kommt raus?

ca. 10% der Teilchen befinden sich in einem “makroskopischen” Quantenzustand

An der Oberfläche sind 100% im Bose-Einstein Kondensat

Ultra-kalte Heliumtröpfchen werden bei optischer Analyse von einzelnen Atomen und Molekülen verwendet

Simulation kann für andere Systeme verwendet werden

Bose-Einstein Kondensat gilt als Grundbaustein des Quantencomputers

Wissensdurst gestillt und was nun?