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Der Wert des Casimir-Drehmoments wird gemessen

07.01.2019

Forschern der University of Maryland gelang es erstmals in der Wissenschaftsgeschichte, den Wert des physikalischen Effekts zu messen, dessen Existenz vor 40 Jahren vorhergesagt wurde und der als Casimir-Drehmoment bezeichnet wird. Wenn zwei winzige Partikel, die nicht größer als ein Mikrometer sind, in einem tiefen Vakuum sehr nahe beieinander platziert werden, werden sie voneinander angezogen, der Effekt dieser Anziehung ist als Casimir-Effekt bekannt. Das Casimir-Drehmoment ist mit diesem Phänomen verwandt und wird durch dieselben quantenelektromagnetischen Effekte verursacht. Unter dem Einfluss des Casimir-Drehmoments beginnt ein winziges Teilchen, das sich in der Nähe der Oberfläche eines metallischen Materials im Vakuum befindet, zu rotieren. Aber die vom Casimir-Drehmoment erzeugte Kraft ist so klein, dass es bis vor kurzem sehr schwierig war, ihren absoluten Wert zu messen.

Um die Messungen durchzuführen, mussten die Wissenschaftler einen komplexen Aufbau erstellen, dessen empfindliche Elemente Flüssigkristalle sind, Kristalle, die denen ähneln, die in Flüssigkristallanzeigen verwendet werden. Die Flüssigkristalle befanden sich nur 10 Nanometer entfernt von der Oberfläche eines größeren festen Kristalls. Der Flüssigkristallbewegungsrekorder war ein spezielles Polarisationsmikroskop, mit dem die Position der optischen Achse von Flüssigkristallen genau gemessen werden kann.

Flüssigkristalle sind ideale Sensoren, da sie äußerst empfindlich auf äußere Krafteinwirkung reagieren und durch die Polarisierung des durch sie hindurchtretenden Lichts jederzeit eine genaue Positionsbestimmung möglich sind. Ein Polarisationsmikroskop sieht jedes Pixel von Flüssigkristallen als hellen oder dunklen Punkt, je nach Position der Achse der Kristalle selbst. Und jede Änderung dieser Position führt zu einer Änderung der Helligkeit des Pixels, die sofort vom Mikroskop erfasst wird.

Die Wissenschaftler verwendeten verschiedene Arten von Partikeln und Kristallen, um die genauen Kräfte zu messen, die durch Casimirs Drehmoment erzeugt werden. Es wurde festgestellt, dass diese Kräfte stark von der Art des Materials abhängen, aus dem die Partikel bestehen, und jedes Material hat seine eigene einzigartige „Signatur“ in Bezug auf diese Kräfte.

Die genauen Werte der mit dem Casimir-Effekt verbundenen Kräfte zu kennen, ist nicht nur aus wissenschaftlicher Sicht wichtig. Der Casimir-Effekt und Drehmomentkräfte können verwendet werden, um Teile und Baugruppen in Nanogröße von winzigen Maschinen anzutreiben, die wiederum Baugruppen von Maschinen und Mechanismen größeren Maßstabs sein können. „Bei herkömmlichen Maschinen wird das Drehmoment über Motoren, Kurbelwellen, Kardanwellen usw. erzeugt und übertragen.“ - schreiben die Forscher: "Das Casimir-Drehmoment kann im Nanomaßstab all die gleichen Dinge tun."

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Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

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Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

Bier, eines der häufigsten alkoholischen Getränke, hat einen ganz eigenen Geschmack, der sich je nach Temperatur des Konsums verändern kann. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams hat herausgefunden, dass die Biertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks hat. Die vom Materialwissenschaftler Lei Jiang geleitete Studie ergab, dass Ethanol- und Wassermoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Arten von Clustern bilden, was sich auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich eher pyramidenartige Cluster, wodurch die Schärfe des „Ethanol“-Geschmacks abnimmt und das Getränk weniger alkoholisch schmeckt. Im Gegenteil, mit steigender Temperatur werden die Cluster kettenförmiger, was zu einem ausgeprägteren alkoholischen Geschmack führt. Dies erklärt, warum sich der Geschmack einiger alkoholischer Getränke, wie z. B. Baijiu, je nach Temperatur ändern kann. Die Erkenntnisse eröffnen Getränkeherstellern neue Perspektiven, ... >>

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FAST-Teleskop 12.06.2020

Die National Space Administration of China hat die letzte Testphase ihres neuen einzigartigen Teleskops namens FAST eingeleitet, dessen Hauptziel und Aufgabe es ist, nach außerirdischem Leben zu suchen und es zu identifizieren – und dabei geht es nicht so sehr darum, Spuren von solchem Leben zu finden, das jemals existiert hat vorher, sondern etwa Gleichstrom, der auf anderen Planeten und Galaxien vorhanden sein kann.

Das Teleskop selbst ist das größte Teleskop in seinem Segment, denn es ist mit einer Länge von 500 Metern mit einer Vielzahl von Zusatzmodulen und Sensoren ausgestattet, die kleinste Fehler im Betrieb eliminieren.

Das sagt ein Team von Monteuren und Ingenieuren der chinesischen Raumfahrtbehörde, das darauf hinweist, dass das FAST-Teleskop mit einem speziellen internen System ausgestattet ist, das es nicht nur ermöglicht, die dünnsten und entferntesten Funksignale im Weltraum effizient zu durchschneiden, sondern auch um externe Funksignale von internen zu unterscheiden, die von der Technologie der Menschheit selbst auf der Erde erzeugt werden. Natürlich sind bei einer solch vielversprechenden Beschreibung nur Höchstleistungen zu erwarten, gleichzeitig haben einige Experten auf dem Gebiet der modernen Weltraumforschung ihre eigenen Fragen zur langfristigen Leistungsfähigkeit des Teleskops.

Das FAST-Teleskop wurde mehrere Monate lang getestet und im Dezember letzten Jahres 2019 wurde es sogar vollständig getestet, um dem chinesischen Fernsehen zu helfen, dessen Satelliten sich in der Erdumlaufbahn befinden. Chinesische Wissenschaftler stellen fest, dass die neue Version des Teleskops etwa 50 % leistungsfähiger und genauer ist als das ursprüngliche Arbeitskonzept.

Chinas FAST High Accuracy Telescope ähnelt auf die eine oder andere Weise vielen Entwürfen von Drittanbietern, die sowohl bei der NASA als auch bei der ESA zu finden sind – aber das Hauptmerkmal dieses Teleskops ist, dass es auf wirklich weit entfernte Galaxien und äußere Exoplaneten zielt, was wirklich eine ist erheblichen Vorteil gegenüber Drittprojekten ähnlicher Art. Es bleibt nur noch auf weitere Neuigkeiten zum Ende der Testphase des Teleskops zu warten.

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