Vortrag

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Helium, ein einfaches
Element mit besonderen
Eigenschaften
Schallausbreitung in
Quantenflüssigkeiten
Martin Panholzer
Institut für Theoretische Physik
Vom ganz Kleinen zum Großen
Vielteilchen-Theorie
Eigenschaften von
einzelnen Teilchen
z.B.: Wasser
Eigenschaften der
Materie
Vom ganz Kleinen zum Großen
Vielteilchen-Theorie
Eigenschaften von
einzelnen Menschen
Eigenschaften einer
Menschenmenge
Was wollen wir?
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Anregungen (z.B. Schallwellen) in Systemen
berechnen, bei denen die Quantenmechanik
eine Rolle spielt



Quantenmechanische Effekte treten bei sehr
tiefen Temperaturen auf
Helium: Einziges Element das beim Abkühlen nicht
fest wird
Grund: Quantenmechanik
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
Daher der Name Quantenflüssigkeit
Ideale Modellsubstanz für unsere Untersuchungen
Schall ist nicht gleich Schall
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Normaler Schall:
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
Dichtewellen die sich mit einer bestimmten
Geschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit)
fortpflanzen.
Ausbreitung durch Stöße.
Nullter Schall:
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

Ebenfalls Dichtewellen die sich mit
Schallgeschwindigkeit fortpflanzen.
Ausbreitung durch Änderung der effektiven WW.
Tritt nur bei tiefen Temperaturen auf.
Nackte und Effektive
Wechselwirkung
Effektive WW
Nackte WW
Kollektive Mode oder Nullter
Schall

Der Schallfortpflanzung liegt die
effektive Wechselwirkung zu Grunde.
Dichteänderung
Änderung der
effektiven WW
Fortpflanzung der
Dichteänderung
Analogie: La Ola Welle
Unschärferelation und das
Nicht-Fest-Werden von Helium

Dx Dv m > h/2p
Ich weiß wo ich bin
dafür weiß ich nicht wie schnell ich bin
Ich weiß wie schnell ich bin
dafür weiß ich nicht wo ich bin
Ortsunschärfe in zwei Dimensionen:
Viele neue Eigenschaften durch
die Quantenmechanik
z.B. Suprafluidität
Die „Spin“nen die Physiker
Alle Teilchen im Universum werden aufgrund ihres
Spins unterteilt in Fermionen und Bosonen.
•Bosonen: Lichtquanten, 2 Fermionen können ein Boson bilden
•Fermionen: Elektronen, Protonen, Neutronen
4He:
Boson
3He:
Fermion
Was bedeutet das für die
Menschenmenge?


Die Menge besteht aus Mädchen und
Burschen
Diese können Paare bilden
Alles wird komplizierter
Was habe ich gemacht?
Ergebnis
Theoretisches Modell
Rechner
Die Theorie gilt nicht nur für
Helium!
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
Aktuell wird auch am Elektronengas geforscht
Weiters kann sie auch auf Nukleare Materie
angewendet werden. (Große Atomkerne,
Neutronensterne)
Sie gilt weiters auch für viele andere
Systeme, jedoch kann man deren
Eigenschaften auch mit einfacheren Modellen
erklären. (Mit Kanonen auf Spatzen schießen)
Was bringt das Ganze?

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Verständnis dafür wie
die Natur funktioniert
Mögliche
Anwendungen: Überall
wo Fermiflüssigkeiten
auftreten

Unsere Theorie ist ein
Werkzeug um
schwierige Probleme zu
lösen
Vielen Dank für die
Aufmerksamkeit!
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