Mit flüssigem Stickstoff gekühlter Hochtemperatur-Supraleiter. Die Voraussage, ob und wann ein Material supraleitend wird, hängt entscheidend davon ab, ob Anregungen Energie benötigen oder nicht. Eine Vorausberechnung dieser Eigenschaft ist jedoch schwieriger als gedacht, da sich ein zugrunde liegendes mathematisches Problem als prinzipiell unlösbar erwiesen hat. - Foto: Ulli Benz / TUM
Ein vielen fundamentalen Fragen der Teilchenund Quantenphysik zugrunde liegendes mathematisches Problem ist nachweislich unlösbar. Den Beweis dafür haben Wissen-schaftler der Technischen Universität München (TUM), des University College London (UCL) und der Universidad Complutense in Madrid - ICMAT erbracht. Es ist das erste wichtige Problem der Physik, für das eine so grundlegende Einschränkung gilt. Die Ergebnisse zeigen, dass sogar eine perfekte und vollständige Beschreibung der mikroskopischen Eigenschaften eines Materials nicht ausreicht, um sein makroskopisches Verhalten vorherzusagen. Eine kleine "spektrale Lücke" - die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron aus dem niedrigsten Energiezustand in einen angeregten Zustand zu befördern - ist die zentrale Eigenschaft von Halbleitern. In ähnlicher Weise spielen spektrale Lücken auch bei vielen anderen Materialien eine wichtige Rolle. Schließt sich diese spektrale Lücke, das heißt, wird der Energieabstand sehr klein, können Materialien sprunghaft zu einem völlig anderen Verhalten übergehen.
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