Exotischer Zustand: Higgs-Mechanismus in Magnet entdeckt

Nein, Quanten-Spin-Eis ist keine kulinarische Spezialität. Es handelt sich um den Zustand, den manche Kristalle einnehmen, wenn sie fast auf den absoluten Nullpunkt gekühlt werden. Dann ändern sich ihre magnetischen Eigenschaften. Das zeige, dass der Higgs-Mechanismus auf sie wirkt, berichten Forscher.

Neutronenstreumuster des Quanten-Spin-Eises (l.) und eines klassischen Spin-Eises (r.) Zur Großansicht
dapd/Forschungszentrum Juelich

Neutronenstreumuster des Quanten-Spin-Eises (l.) und eines klassischen Spin-Eises (r.)

Hamburg - Am Kernforschungszentrum Cern haben Physiker kürzlich von der Entdeckung eines Teilchens berichtet, bei dem es sich wahrscheinlich um das lange gesuchte Higgs-Boson handelt. In einem ganz anderen Experiment konnte ein internationales Wissenschaftlerteam diese Partikel zwar nicht direkt nachweisen. Aber die Forscher beobachteten etwas, das auf die Wirkung des sogenannten Higgs-Mechanismus schließen lässt. Dieser beschreibt das Higgs-Feld, das Elementarteilchen ihre Masse verleiht - und das Higgs-Boson erzeugt.

Im Fachmagazin "Nature Communications" berichten die Forscher von einem exotischen Materiezustand, dem Quanten-Spin-Eis. Bestimmte Kristalle - im Experiment kam eine Verbindung aus Ytterbium, Titan und Sauerstoff zum Einsatz - erreichen diesen Zustand, wenn man sie fast bis auf den absoluten Nullpunkt abkühlt, der bei minus 273,15 Grad Celsius liegt. Auch bei höheren Temperaturen finden sich in dem Kristall einzelne magnetische Ladungen, sogenannte magnetische Monopole, die ein komplexes Muster bilden, wie das Forschungszentrum Jülich mitteilt.

Sinkt die Temperatur jedoch auf wenige Tausendstel Grad über den absoluten Nullpunkt, ordnen sich die Ladungen schlagartig parallel an, sagt Yixi Su vom Jülicher Zentrum, der an der Studie beteiligt war. Er vergleicht dies mit dem Ferromagnetismus des Eisens.

Mit Neutronenstrahlen bombardiert

Entdeckt haben die Forscher die Umsortierung der magnetischen Ladungen im Quanten-Spin-Eis, indem sie den Kristall mit speziellen Neutronenstrahlen bombardierten. Dabei wirft der Kristall einen Teil der Strahlung zurück. Anhand des Musters dieser Reflexion konnten die Physiker die magnetische Struktur des Kristalls atomgenau messen.

Was hat das nun aber mit dem Higgs-Mechanismus zu tun? Die magnetischen Ladungen sind sogenannte Quasi-Teilchen und besitzen eigentlich keine Masse. Damit sich der magnetische Zustand des Kristalls aber derart verändern kann, benötigen sie Masse.

Die Physiker vermuten deshalb, dass der Higgs-Mechanismus auf die magnetischen Ladungen wirkt und ihnen die nötige Masse verleiht. Sie sehen darin ein weiteres Indiz für die Existenz des Higgs-Felds und des mit ihm verbundenen Mechanismus. "Das ist der unseres Wissens erste Nachweis eines Higgs-Übergangs in einem Magneten", sagt Su.

wbr/dapd

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