Physik Journal 11 / 2021

Cover

Wissenschaftler tragen Kühlboxen zum Transport von Eisproben für Argon-39-Analysen auf den Jam­talferner in Tirol. (Bild: W. Aeschbach / U Heidelberg, vgl. S. 25)


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Meinung

Klare Konzepte für Präsenzlehre!Meike Kuhn und Armin Rödiger11/2021Seite 3

Klare Konzepte für Präsenzlehre!

Die Studierenden leiden zunehmend unter den Auswirkungen der Pandemie.

Aktuell

Kerstin Sonnabend11/2021Seite 6DPG-Mitglieder

Komplexe Systeme verstehen

Maike Pfalz / DFG11/2021Seite 7DPG-Mitglieder

Die üblichen Geförderten

Kerstin Sonnabend11/2021Seite 10DPG-Mitglieder

Vor Ort – und erstmals online

Anja Hauck / MPG11/2021Seite 11DPG-Mitglieder

Wissen auf Wanderschaft

Alexander Pawlak11/2021Seite 12DPG-Mitglieder

Das Magnus-Haus wird EPS Historic Site

Maike Pfalz / BMBF / FAU11/2021Seite 13DPG-Mitglieder

Auf dem Weg zum Wasserstoff

Kerstin Sonnabend11/2021Seite 14DPG-Mitglieder

Auf weitere zehn Jahre

Kerstin Sonnabend11/2021Seite 14DPG-Mitglieder

Eine Akademie für FAIR

Alexander Pawlak11/2021Seite 15DPG-Mitglieder

USA

Wissenschaftlich gut beraten; Space Race für die Leinwand; Erde unter Beobachtung; Kostenlos im Bilde

Leserbriefe

Elmar Schmidt11/2021Seite 17DPG-Mitglieder

Rückschrittliche Straßenbahn

Zu: M. Düren, Physik Journal, August/ September 2021, S. 68

Mit Erwiderung von Michael Düren

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Werner Stetzenbach11/2021Seite 17DPG-Mitglieder

Unbedingt nachahmen

Zu: K. Ludwig-Petsch, Physik Journal, August/September 2021, S. 72

High-Tech

Michael Vogel11/2021Seite 18DPG-Mitglieder

Kolloidkristall als Sensor; Fehlersuche bei Tageslicht; Licht statt Schall; Bedampfung von Schüttgut

Brennpunkt

Der Quanten-TwistSebastián A. Díaz und Karin Everschor-Sitte11/2021Seite 20DPG-Mitglieder

Der Quanten-Twist

Modellrechnungen haben gezeigt, dass sich kleine magnetische Skyrmionen als Qubit eignen.

Streifzug

Wiege der BeschleunigertechnikAnne Hardy11/2021Seite 22DPG-Mitglieder

Wiege der Beschleunigertechnik

Technik- und Physikgeschichte in der Wissenschaftsstadt Aachen

Überblick

Spurensuche in der UmweltMarkus Oberthaler und Werner Aeschbach11/2021Seite 25DPG-Mitglieder

Spurensuche in der Umwelt

Mithilfe von Quantentechnologien lassen sich Prozesse aus der Umwelt analysieren, die über hunderte von Jahren ablaufen.

Die Vorgänge in der Umwelt in allen Details zu verstehen, ist praktisch unmöglich. Um Umweltveränderungen genau zu beobachten, gilt es, mit modernsten Messmethoden alle zugänglichen Informationen zu erschließen. Die Spurenanalyse auf dem Einzel-Atom-Niveau liefert völlig neue Einblicke in grundlegende Prozesse, die in Wasser, Eis oder Permafrost über hunderte von Jahren ablaufen. Dieses Beispiel zeigt, wie moderne quantenoptische Methoden der Umweltforschung neue Möglichkeiten eröffnen.

Quantentechnologie ist heutzutage zwar in aller Munde, aber konkrete Anwendungen sind bislang eher spärlich. Hier wollen wir uns auf eine spezielle Methode konzentrieren, die auf Techniken aus der Quantenphysik basiert: die Atom-Trap-Trace-Analysis (ATTA), die in den letzten Jahren zu neuen Einsichten, vor allem in die Dynamik von Wasser, geführt hat. Dynamik zu verstehen impliziert die Notwendigkeit einer Zeitmessung. Bei Naturvorgängen kann dies nicht etwa eine einfache Stoppuhr leisten. Vielmehr gilt es, auf physikalische Zeitindikatoren zurückzugreifen. Häufig genutzt sind Baumringe, Sediment- oder Eisschichten, in denen die Zeit in charakteristischen Schritten, etwa als Jahresringe, ablesbar ist. Häufig fehlen solche Zeitindikatoren jedoch. Will man zum Beispiel wissen, wann das Wasser aus der Wasserleitung als Regen vom Himmel gefallen ist, hilft das Zählen von Baumringen wenig.

Hier kann eine andere weitverbreitete Datierungs­methode helfen: der radioaktive Zerfall. Es ist eine quantenmechanische Eigenschaft, dass ein atomarer Kern zerfallen kann, wenn die Ruheenergie der Zerfallsprodukte kleiner ist als die Ruheenergie des Kerns. Dieser Prozess tritt zufällig auf und ist daher zeitlich nicht vorhersagbar. Die quantenmechanische Wahrscheinlichkeit, dass der Prozess abläuft, ist allerdings präzise für jedes radioaktive Isotop definiert. Sie ist nicht direkt zu beobachten, sondern experimentell zu bestimmen, indem man viele (strikt: unendlich viele) gleiche Kerne nimmt und sich fragt: Wie lange dauert es, bis die Hälfte der Kerne zerfallen ist? Diese Halbwertszeit ist trotz des intrinsischen Zufalls genau definiert. Es gilt aber aufzuhorchen, denn es erfordert unendlich viele Kerne, die Halbwertszeit exakt zu bestimmen. Wir werden auf diesen Punkt noch zurückkommen. (...)

 

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Unter BeobachtungMartin Pohl11/2021Seite 32DPG-Mitglieder

Unter Beobachtung

Seit zehn Jahren registriert und charakterisiert das Observatorium AMS-02 auf der Internationalen Raumstation die kosmische Strahlung.

Das Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) befindet sich seit Mai 2011 auf der Traverse der Inter­nationalen Raumstation ISS. Das Detektorsystem hat seither 176 Milliarden Teilchen der kosmischen Strahlung in einer erdnahen Umlaufbahn registriert. Diese einzigartige Statistik wirft ein neues Licht auf den Ursprung der kosmischen Teilchen und ihren Weg von den Quellen bis ins Sonnensystem. Als unkonventionelle Quellen könnten auch die Dunkle Materie oder kleine Reste von Antimaterie zur kosmischen Strahlung beitragen.

Kosmische Strahlen bestehen aus hochenergetischen, elektrisch geladenen Teilchen, die aus kosmischen und astrophysikalischen Quellen stammen – die meisten aus unserer Milchstraße. Wenn sie mit einer Intensität von etwa einem Teilchen pro cm2 und Sekunde auf die Erdatmosphäre treffen, haben sie eine lange Reise hinter sich. Geleitet von Magnetfeldern und in Wechselwirkung mit interstellarem Gas und Plasma diffundieren sie einige Millionen Jahre durch unsere Galaxie. Daher steckt die Physik ihrer Quellen und ihres Weges auch mehr als hundert Jahre nach ihrer Entdeckung voller Rätsel.

Der Nachweis des extraterrestrischen Ursprungs der „Luftelektrizität“ gelang Victor Francis Hess 1912 bei seinen Ballonfahrten. In den folgenden Jahren fand eine Fülle von Experimenten in immer größeren Höhen statt, sodass sich ein detailliertes Bild der Ionisationsrate als Funktion der Höhe ergab (Abb. 1). Als Pioniere nutzten Werner Regener und sein Student Georg Pfotzer in Stuttgart Wetterballons mit Geiger-Müller-Zählrohren. Sie bestimmten in den 1930er-Jahren den Fluss kosmischer Teilchen − ihre Anzahl pro Flächen- und Zeiteinheit − als Funktion der Höhe und verglichen ihn mit der Ionisationsrate. Aufgrund der gleichen Höhenabhängigkeit folgerten sie, dass einzelne geladene Teilchen die „Luftelektrizität“ auslösen. Heute gilt Regener, den das Nazi-Regime aus seiner akademischen Position drängte, als einer der Pioniere der Geophysik. Während seine Ergebnisse kaum über die Fachwelt hinausdrangen, erregten die bemannten Stratosphärenflüge von Auguste Piccard und Max Cosyns ungeahnte öffentliche Aufmerksamkeit. Dreißigtausend Zuschauende und zahlreiche Medien verfolgten 1932 den Start ihres Ballonflugs vom Militärgelände in Dübendorf bei Zürich. Ein Bataillon der schweizerischen Armee hielt den Ballon mit seiner Aluminiumkapsel während der Befüllung am Boden. Die beiden „Eroberer der Stratosphäre“ avancierten zu Volkshelden in der Schweiz und in Belgien: Hervé hat Piccard als „Professor Bienlein“ in den Tim-und-Struppi-Comics unsterblich gemacht. (...)

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Physik im Alltag

Die Anker des MobilfunksMichael Vogel11/2021Seite 38DPG-Mitglieder

Die Anker des Mobilfunks

Für die Netzabdeckung beim Mobilfunk sorgen die Basisstationen, die oft an ihren hohen Antennenmasten zu erkennen sind.

Menschen

11/2021Seite 40DPG-Mitglieder

Personalien

Alexander Lichtenstein, Nils Schopohl, Michael Thorwart, Dieter Vollhardt11/2021Seite 43DPG-Mitglieder

Nachruf auf Kurt Scharnberg

Kerstin Sonnabend11/2021Seite 44DPG-Mitglieder

„Ich spürte den Respekt vor dem Amt.“

Interview mit Hoger Becker

Rezensionen

Lutz Feld11/2021Seite 46DPG-Mitglieder

Hermann Kolanoski, Norbert Wermes: Particle Detectors

Günter Dörfel11/2021Seite 46DPG-Mitglieder

Christina Diblitz: Schichten schreiben Geschichte

Alexander Pawlak11/2021Seite 47DPG-Mitglieder

The Art of Science at GSI and FAIR

DPG

11/2021Seite 9DPG-Mitglieder

Virtuelle Jobbörse

11/2021Seite 24DPG-Mitglieder

Physik im Advent

11/2021Seite 31DPG-Mitglieder

Ars legendi-Fakultätenpreis

11/2021Seite 45DPG-Mitglieder

DPG-Nachwuchspreis für ­Beschleunigerphysik

Bernhard Nunner11/2021Seite 48DPG-Mitglieder

Wahlen zum DPG-Vorstand

Bernhard Nunner11/2021Seite 48DPG-Mitglieder

Mitgliederversammlung 2022

11/2021Seite 53DPG-Mitglieder

Ausschreibung Young Scientists Award for Socio- and Econophysics

11/2021Seite 58DPG-Mitglieder

German Young Physicists’ ­Tournament

Tagungen

Jörg Götte, Peter Banzer, Ilja Gerhardt11/2021Seite 49DPG-Mitglieder

Structures in Confined Light

Marta Bally, Fredrik Höök, Claudia Steinem11/2021Seite 49DPG-Mitglieder

Tethered Membranes: Fundamentals and Applications (TETHMEM)

Sven Gnutzmann, Thomas Guhr, Henning Schomerus, Karol Życzkowski11/2021Seite 50DPG-Mitglieder

Modern Developments in Quantum Chaos

Johanna von Oy11/2021Seite 50DPG-Mitglieder

Axions and WISPs

Helmut Fink11/2021Seite 50DPG-Mitglieder

Quantenphysik an der Schule

Notizen

11/2021Seite 51DPG-Mitglieder

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