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Die Wechselwirkung zwischen der Schubkraft und der parametrischen Oszillation kann sehr kompliziert werden, was es schwer macht, zu berechnen, wieviel Kraft die Mutter von der resultierenden unregelmäßigen Schwenkbewegung ausgibt. Hier ist ein interdisziplinäres Team von theoretischen und experimentellen Physikern der ETH Zürich gelungen. Die Forscher konnten erstmals beschreiben, wie die parametrische Oszillation (der kindliche Antrieb) dazu genutzt werden kann, eine externe Kraft (die Eltern schieben) zu messen. Ihre Entdeckung hat Anwendungen für Sensoren, und die Wissenschaftler haben eine Patentanmeldung für das zugrunde liegende Prinzip eingereicht. Vorteile für kleine Sensoren Viele der heutigen Sensoren basieren bereits auf Schwingungen, sagt Oded Zilberberg, Professor am Institut für Theoretische Physik. Mit kleinen Resonatoren können Sie zB Kraft, Druck, Masse, Schall oder Temperatur messen. Auch Atomkraftmikroskope sind auf diesem Prinzip aufgebaut. Aber diese Anwendungen - oft auf dem Gebiet der Mikrotechnologie gefunden - verwenden derzeit weniger komplizierte Oszillationen, die als harmonische Schwingungen bekannt sind. Für diese Messungen sind komplizierte Oszillationen zu verwenden, wie es Zilberberg und seine Kollegen vorschlagen, ein Paradigmenwechsel: Sensoren müssten anders gestaltet werden. Das neue Prinzip bringt besondere Vorteile für sehr kleine Sensoren, sagt der Physiker. Es würde es möglich sein, extrem kleine und dennoch präzise Sensoren zu bauen, da das Messsignal im neuen Prinzip gegenüber dem Hintergrundrauschen besser ausfällt als mit den aktuellen Methoden. Experimente mit Atomen und Gitarrensaiten Die Wissenschaftler entdeckten das neue Prinzip bei der Analyse parametrischer Oszillationen in einem Quantenphysik-Experiment mit lasergefangenen Rubidiumatomen. Nach dem Verständnis der grundsätzlichen Wechselwirkung zwischen parametrischen und gedrückten Schwingungen haben die Forscher den Effekt direkt mit einer parametrisch oszillierenden Gitarrensaite nachgewiesen. Die Wissenschaftler üben eine pulsierende Kraft auf die Saite aus, während sie kontinuierlich die Frequenz des Pulses variieren. Die Forscher beobachteten, dass die Stärke der Vibration der Saite (Amplitude) sich nicht vollständig kontinuierlich änderte, aber es gab eher einen scharfen Sprung in der Amplitude bei einer bestimmten Frequenz. Wie sie entdeckten, hängt diese Sprungfrequenz direkt von der Stärke der angelegten Kraft ab und kann daher als Kraftmesser verwendet werden. Zilberberg und seine Kollegen suchen nun nach Industriepartnern zur Entwicklung hochauflösender Sensoren. Das neue Prinzip könnte sogar in der Computertechnik angewendet werden. Zilberberg: In den sehr frühen Phasen des Computerzeitalters gab es Computer-Erinnerungen, die auf Oszillatoren, sogenannten Parametern, basierten. Die Computerindustrie verlor später das Interesse an ihnen, aber unsere Entdeckung konnte neues Leben in dieses Forschungsfeld einbringen.
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