Physik Journal 2 / 2020

Cover

Vorteil durch Unordnung: Die lokale Ladungsträger-Ansammlung in hybriden Perowskit-Materialien führt zu effizienter Licht-Emission. (Bild: Idee: Sascha Feldmann, University of Cambridge; Künst­lerische Umsetzung: Ella Maru Studio, vgl. S. 18).

 


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Meinung

Elektromobilität erfordert KompromisseEgbert Figgemeier, Jens Leker und Mark Wentker2/2020Seite 3

Elektromobilität erfordert Kompromisse

Lithium-Ionen-Batterien benötigen wertvolle Rohstoffe. Deren Abbau und Nutzung sind eine Herausforderung für die nachhaltige Elektromobilität.

Aktuell

Maike Pfalz2/2020Seite 6

175 Jahre DPG: Eine offene Gesellschaft feiern

Kerstin Sonnabend2/2020Seite 7

Gefälle aller Orten

Alexander Pawlak2/2020Seite 8

NameExoWorlds: Eine Giraffe für Deutschland

Zuse-Gemeinschaft / Anja Hauck2/2020Seite 10

Umfrage: Institutionen und Wettbewerbskraft fördern

Alexander Pawlak2/2020Seite 10

ESA: Die vier Säulen des Weltraums

Kerstin Sonnabend2/2020Seite 12

Ausreichend Neutronen für alle?

Matthias Delbrück2/2020Seite 13

Jenseits von Super

Matthias Delbrück2/2020Seite 14

Quantengrüße aus Moskau

Matthias Delbrück2/2020Seite 14

USA

Mehr statt weniger; Open Access ohne Zwang: Für eine offene Forschung

High-Tech

Michael Vogel2/2020Seite 16

Oberflächen klinisch rein, Berührungslose Bildgebung; Kurzwellig und effizient

Brennpunkt

Vorteilhafte UnordnungDavid A. Egger2/2020Seite 18

Vorteilhafte Unordnung

Strukturelle Unordnung verbessert die Eigenschaften von Perowskiten für Solarzellen und Leuchtdioden.

Forum

Quanten im ZentrumMaike Pfalz2/2020Seite 20

Quanten im Zentrum

Das Munich Center for Quantum Science and Technology möchte die Quantenwissenschaften in ihrer gesamten Breite erforschen und anwenden.

Längst haben Quantentechnologien unseren Alltag erobert: Computer, Smartphones, der Laser oder Methoden der medizinischen Diagnostik beruhen auf Erkenntnissen der Quantenmechanik. Auch die Informationswissenschaft hat unsere moderne Welt revolutioniert, indem sie die Basis für die Informationsverarbeitung und die Kommunikation im digitalen Zeitalter geliefert hat. Die nächste Revolution besteht darin, beide Gebiete zu vereinigen. Die Quanteninformationstheorie ist in der Lage, unsere physikalische Welt zu beschreiben. Mit Fragen der Quantenwissenschaften in all ihrer Breite beschäftigt sich der Exzellenzcluster „Munich Center for Quantum Science and Technology“ (MCQST), der im Zuge der Exzellenzstrategie seit Anfang 2019 gefördert wird. 

Der Cluster gliedert sich in sieben Forschungsbereiche: Quanteninformationstheorie, -simulation, -computing, -kommunikation, Quantenmetrologie und -sensorik, Quantenmaterie sowie explorative Themen. „Kein Standort deckt diese ganze Bandbreite in höchster Expertise so ab wie München“, ist Immanuel Bloch, Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik und einer der drei Sprecher des Clusters, überzeugt. Eines der Hauptziele des Clusters ist es, München noch sichtbarer zu machen und mit dem MCQST ein weltweit führendes Zentrum der Quantentechnologien aufzubauen, das wichtige wissenschaftliche wie auch technologische Fragen behandelt. (...)

 

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Bildung und Beruf

„Das war der Moment, in dem ich mich entscheiden musste.“Anja Hauck2/2020Seite 24

„Das war der Moment, in dem ich mich entscheiden musste.“

Der Astrophysiker Ulrich Woelk hat sich als Schriftsteller einen Namen gemacht.

Seinen ersten Roman veröffentlichte Dr. Ulrich Woelk (59) bereits während seiner Promotion in Astrophysik. Seither sind zahlreiche weitere hinzugekommen. Darüber hinaus schreibt er für verschiedene Zeitschriften und für das Fernsehen. Auch Theaterstücke und Hörspiele gehören zu seinem Werk.

Warum sind Sie Schriftsteller geworden?

Das werde ich häufig gefragt, aber eine richtig knackige Antwort habe ich bisher nicht gefunden. Im Grunde habe ich mich zwar schon immer für die Physik und speziell für die Astrophysik und die Sterne interessiert, aber eben auch für Kulturelles und für Literatur. Irgendwann ist bei mir die Idee aufgekommen, selber zu schreiben.

Womit haben Sie angefangen?

Während des Studiums gehörte ich zu einer Kabarett­gruppe, für die ich Texte geschrieben habe. Nach dem Diplom hatte ich die Idee für meinen ersten Roman, der zum Teil biografisch motiviert ist. Die Hauptperson ist ein Physiker, der sich mit seiner Vergangenheit auseinandersetzt. Wenn man sich mit einem solchen Projekt auf den Weg macht, weiß man natürlich nicht, ob das am Ende zu etwas führt.

Sie haben das Schreiben zunächst nebenher verfolgt?

Nach meinem Diplom 1987 habe ich ein Jahr ausgesetzt, um mich nur dem Romanprojekt zu widmen. Danach war es zwar noch nicht ganz fertig, aber ich habe in Berlin trotzdem angefangen zu promovieren. Das Buch habe ich nebenbei fertig geschrieben und an verschiedene Verlage geschickt. (...)

 

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Überblick

Das Neutrinobild der SonneLothar Oberauer2/2020Seite 27

Das Neutrinobild der Sonne

Zehn Jahre Neutrinospektroskopie mit Borexino

Wie alle anderen Sterne ist auch unsere Sonne ein großer Fusionsreaktor: In ihrem Inneren wird durch das Verschmelzen von vier Protonen zu Helium Energie freigesetzt. Dabei entstehen auch Neutrinos, die aufgrund ihrer geringen Wechselwirkung die Oberfläche der Sonne erreichen und von dort bis zur Erde gelangen. Seit über zehn Jahren lassen sich diese solaren Neutrinos mit dem Borexino-Detektor im italienischen Untergrundlabor Gran Sasso vermessen – sie zeigen unser Zentralgestirn in einem ganz besonderen Licht.

Die Fusion von Wasserstoff zu Helium findet in Sternen durch zwei Abfolgen nuklearer Fusionsprozesse statt: den pp-Ketten und dem CNO-Zyklus. Borexino ist weltweit das einzige Experiment, das alle relevanten Neutrinos aus den drei thermonuklearen pp-Ketten erfasst. Insgesamt ergeben die Fusionsprozesse immer die Summenreaktion 4p → 4He + 2e+ + 2νe, bei der eine Energie von etwa 26,7 MeV freigesetzt wird. Einen Großteil dieser Energie strahlt die Sonne über Photonen ab; etwa zwei Prozent nehmen Neutrinos mit, wobei die Sonne nur Elektronneutrinos emittiert. Im Standardmodell der Teilchenphysik kennen wir mit den Myonneutrinos νμ und den Tauneutrinos ντ zwei weitere Arten. Alle drei besitzen Antiteilchen νe, νμ und ντ.

Damit Protonen fusionieren, müssen sie eine abstoßende Coulomb-Schwelle überwinden. Daher finden die nuklearen Fusionsprozesse hauptsächlich in den dichten und heißen Zentren stellarer Objekte statt. Je schwerer die fusionierenden Atomkerne sind, desto höher ist die Coulomb-Schwelle. In massiven Sternen, bei denen die Temperaturen im Zentrum und damit die kinetischen Energien der Atomkerne höher sind als in unserer Sonne, dominiert daher der CNO-Zyklus. Dabei wirken die schweren und protonenreichen C-, N- und O-Kerne als Katalysatoren für die Fusion von Wasserstoff zu Helium. In leichten Sternen wie unserer Sonne sind dagegen die thermonuklearen Fusionsprozesse der pp-Ketten maßgeblich für die Freisetzung von Energie verantwortlich. Die wichtigste Reak­tion ist dabei die Fusion zweier Protonen zum Deuteron: p + p → 2H + e+ + νe. Sie tritt mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,8 % am häufigsten auf. Die Reaktionsrate bei niedrigen Energien ist sehr gering, weil das Deuteron aufgrund der schwachen Wechselwirkung entsteht. Darauf beruht die lange Lebensdauer der Sonne von ungefähr zehn Milliarden Jahren. Die sogenannten pp-Neutrinos aus dieser Reaktion besitzen ein kontinuierliches Energiespektrum bis zu 0,423 MeV.

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Was treibt den Sprachwechsel?Gero Vogl und Katharina Prochazka2/2020Seite 35

Was treibt den Sprachwechsel?

Methoden der Physik helfen bei der Suche nach den Gründen für den Sprachwechsel.

Die Ausbreitung von Teilchen ist in der Physik als Diffusion bekannt und lässt sich mathematisch beschreiben. In neuerer Zeit kommen zunehmend Anwendungen der Diffusion mit physikalischen Begriffen bzw. mathematischen Formeln in den Lebenswissenschaften, der Archäologie, Ethnologie und Soziologie oder zur Beschreibung der Ausbreitung von Epidemien in den Blick.

Linguisten befassen sich schon lange mit dem Sprachwechsel, also der Diffusion einer Sprache in das Gebiet einer anderen [1]. Aber es waren schließlich Physiker und Mathematiker, die ihre Werkzeuge auf diesem Gebiet eingesetzt haben [2]. Noch vor wenigen Jahren beklagten Protagonisten um Dietrich Stauffer [3], dass  ein Gutachter der physikalischen Behandlung von Sprachproblemen Reduktionismus vorwarf. Man bewege sich „in einem Dickicht voll Unterholz“, so ein Linguist 2001 [4].

Diese Skepsis dürfte sich seither abgeschwächt haben. Mitunter gilt es sogar, die Euphorie der Linguisten zu bremsen, damit sie nicht zu viel von den zweifellos reduktionistischen Methoden der Physik erwarten [5]. Der Reduktionismus ist in den Naturwissenschaften aber sehr erfolgreich. Daher sollte es erlaubt sein, mathematisch-naturwissenschaftliche Verfahren und Denkmuster in anderen Disziplinen zu erproben.

Unser Ziel bestand darin, die Untersuchungen auf reale detaillierte Daten auszudehnen. Dazu haben wir nach möglichen Anwendungen gesucht. Sehr schnell stellte sich heraus, dass es für aktuelle linguistische Diffusionsprobleme wie Änderungen in der Jugendsprache, Eindiffusion von Englisch in unsere Alltagssprache – besonders interessant als die dominierende Sprache in unseren Labors oder auf Tagungen – an Daten über kürzere oder längere Zeiträume und noch dazu mit räumlicher Auflösung fast völlig mangelt. Wir hätten die Daten selbst erheben müssen, was leider unsere Möglichkeiten weit überstieg. (...)

 

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Physik im Alltag

Müll als RohstoffUlrich Kilian2/2020Seite 40

Müll als Rohstoff

Nur das sortenreine Trennen der Bestandteile von Müll ermöglicht ein effizientes Recyceln.

Menschen

2/2020Seite 42

Personalien

Alexander Altland, Barbara Dietz, Thomas Dittrich, Sven Gnutzmann, Thomas Guhr, Marek Kuś, Maciej Lewenstein, Henning Schomerus, Karol Życzkowski2/2020Seite 45

Nachruf auf Fritz Haake

Maike Pfalz2/2020Seite 46

„Diese Gratwanderung war uns sehr wichtig.“

Interview mit Edith Donhauser

Rezensionen

Johannes-Geert Hagmann2/2020Seite 47

Helmuth Albrecht: Laserforschung in Deutschland 1960 – 1970

DPG

2/2020Seite 26

Fotowettbewerb: DPG-Tagungstaschen „on Tour“

Vom Weltraum zum New SpaceAlexander Pawlak2/2020Seite 48

Vom Weltraum zum New Space

Die 44. Tagung „Forschung – Entwicklung – Innovation“ befasste sich mit Nutzen und technologischem Potenzial der Raumfahrt.

2/2020Seite 51

Jobbörse

Timo Eckstein2/2020Seite 52

Experimentieren, präsentieren, diskutieren

Daria Roters2/2020Seite 53

Begeisterung am Samstagmorgen

Felix Klein2/2020Seite 53

Ein Wochenende im Zeichen der jungen DPG

2/2020Seite 55

WE-Heraeus-Klausurtagungen

2/2020Seite 57

Bad Honnef Physics School: Physics of the Ocean

Tagungen

Ulrich Eckern, Andrzej M. Oleś2/2020Seite 54

Coherence in Fermionic Matter: Fermion Pairing in Cold Atoms and Super­conductors

Polish-German WE-Heraeus-Seminar

Siegfried Dietrich, Alberto Giacomello, Gleb Oshanin, Mykola Tasinkevych2/2020Seite 54

Wetting and Capillarity in Complex Systems

707. WE-Heraeus-Seminar

2/2020Seite 56

Tagungskalender

Produkte / Firmen

Andreas Nyman, Henrik Ekström und Ed Fontes2/2020Seite 59

Lithium-Ionen-Akkus modellieren

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