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Die ersten beiden Satelliten der ESA-Mission „Celeste“ erreichen erfolgreich den erdnahen Orbit.
Suchen nach: "BESSY II"
• 5/2026 • Seite 14 • DPG-Mitglieder
Start für neues Rechenzentrum
Das Helmholtz-Zentrum Berlin und das Zuse-Institut Berlin bauen ein gemeinsames Zentrum auf.
• 9/2022 • Seite 18 • DPG-Mitglieder
Weiches Licht für solide Forschung
Die Röntgenstrahlungsquelle SESAME in Jordanien ist um eine neue Strahlführung und eine Experimentierstation reicher.
9/2022 • Seite 18 • DPG-Mitglieder
Windschnittig simulieren
Das DLR nimmt in Göttingen einen neuen Supercomputer für Luft- und Raumfahrtforschung in Betrieb.
• 6/2021 • Seite 3Licht für die Zukunft
Die Forschung mit Synchrotronstrahlung bietet vielfältige Perspektiven.
3/2021 • Seite 1
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Physik in unserer Zeit 3/2021
Titelbild
30 Jahre ASDEX Upgrade
Editorial
Die Sonne auf die Erde holen?
Inhalt: Physik in unserer Zeit 3/2021
Treffpunkt Forschung
Aerosol‐Wolken‐Wechselwirkungen im Klimasystem
Anthropogene Aerosole kühlen unser Klima, insbesondere durch ihre
Wechselwirkungen mit Wolken. Die Kühlwirkung könnte jedoch
schwächer ausfallen als bisher gedacht, weil sie über die Lebensdauer
einer Wolke hinweg abnimmt.
Raum‐Zeit‐Kristall im Video
In den letzten Jahren konnte die Existenz von Raum‐Zeit‐Kristallen bewiesen werden. Diese Experimente waren jedoch auf extrem kleine Quantensysteme bei ultrakalten Temperaturen beschränkt. Nun ist es mit Hilfe eines Rasterröntgenmikroskops an der Synchrotronquelle BESSY II gelungen, eine raum‐zeit‐kristalline Struktur in einem mikrometer‐großen magnetischen Dünnfilm zu generieren und zu filmen.
Quantensysteme lernen gemeinsames Rechnen
Quantencomputer besitzen heute erst wenige Qubits in einzelnen Aufbauten. Jetzt ist es gelungen, ein Quantengatter zwischen zwei Qubits in sechzig Metern Entfernung zu realisieren: ein Prototyp eines verteilt rechnenden Quantencomputers.
Virtuelles Bündel aus Gluonen
Forschern von CERN und Fermilab glückt der Nachweis des lang gesuchten Odderons.
Ein Orakel ohne Tentakel
Die statistische Modellierung der Fußball‐Europameisterschaft sagt Belgien die besten Titelchancen voraus.
Physics News
Artikel
Open Access
30 Jahre ASDEX Upgrade: Entwicklung der Grundlagen eines Tokamak‐Fusionskraftwerks
Der Tokamak ASDEX Upgrade am Max‐Planck‐Institut für Plasmaphysik in Garching ist seit dreißig Jahren in Betrieb. In dieser Zeit wurde die Fusionsanlage immer weiter ausgebaut und verbessert. Inzwischen hat man zahlreiche gut diagnostizierte Szenarien für den Plasmabetrieb erarbeitet. Zusammen mit neu entwickelten Computercodes erlauben sie verlässliche Vorhersagen für ein Fusionskraftwerk.
(Foto: IPP, V. Rohde.)
Von der LED bis zur laserbasierten Lichtquelle: Moderne Lichtquellen für Projektion und Scheinwerfer
Projektionsanwendungen stellen wegen der Erhaltungsgrößen der Optik besondere Anforderungen an ihre Lichtquelle. Dies führt dazu, dass selbst moderne Halbleiterlichtquellen der klassischen Lampe hier nur teilweise den Rang ablaufen können. Die stärksten neuen Lichtquellen basieren auf Laserdioden.
Open Access
Einstein wäre doppelt verblüfft: Quantenkorreliertes Licht in Gravitationswellen‐Observatorien
Quantenkorreliertes Licht offenbart die ganze Eigenart der Quantenphysik. Als völlig neue Hochtechnologie hat es sich nun in Gravitationswellen‐Observatorien erstmals als kostengünstiger im Vergleich zu Alternativen erwiesen.
Open Access
Das hölzerne Gelächter: Zur Physik von Xylophon und Marimba
Ein Spielzeug‐Xylophon ist meist das erste Instrument unserer Kindheit. Xylophone und Marimbas gab es bereits in der Antike. Ihre Klangeigenschaften basieren auf einem interessanten Schwingungsverhalten.
Open Access
Bose‐Einstein‐Kondensat aus Exzitonen? Zweidimensionale und Van‐der‐Waals‐Kristalle
Zweidimensionale Kristallsysteme faszinieren, weil sie stark ausgeprägte Vielteilchenphänomene bei den Ladungsträgern zeigen. Das boomende Forschungsgebiet konzentriert sich längst nicht mehr nur auf einlagige Kristallsysteme wie Graphen. Schichtweise aufeinandergestapelt, ermöglichen künstliche Van‐der‐Waals‐Kristalle eine Fülle neuartiger physikalischer Systeme. In halbleitenden Heterostrukturen gelang es uns nun, erste Hinweise für ein optisch generiertes Bose‐Einstein‐Kondensat von Exzitonen zu finden.
Vortrieb ohne Schraube: Magneto‐hydrodynamischer Bootsantrieb
Ein Bootsantrieb, der ohne lärmende Schraube auskommt? Der magneto‐hydrodynamische Antrieb macht es möglich.
Magazin
Radioaktive Emission von Protonen: Vor 50 Jahren
Physik Schwarzer Löcher mit Trapped in Gravity: Smarte Physik
Geheimnisvolle Farben im Fenster: Im Blickwinkel
Bücher
Max von Laue – Furchtlos und treu: Eine Biographie des Nobelpreisträgers für Physik
Biophysik der Ernährung – Eine Einführung
Historisches Rätsel
Data Scientist und Grobmotoriker: Historisches Rätsel
Treffpunkt TV
Max Brod – Tycho Brahes Weg zu Gott: Physik & Literatur
Vorschau auf Heft 4/2021
• 1/2021 • Seite 33 • DPG-MitgliederRöntgenblick in die Nanowelt
Um die Eigenschaften von Nanomaterialien zu bestimmen, gilt es, verschiedene Streumethoden zu kombinieren.
Nanostrukturierte Systeme lassen sich mittels Röntgen- und Neutronenreflektometrie, Streuung unter streifendem Einfall und Kleinwinkelstreuung charakterisieren. Aus der Kombination der Methoden ergeben sich nicht nur Größe und Form der Nanostrukturen, sondern auch deren relative Anordnung zueinander sowie die molekulare Struktur ihrer Grenzschicht zum umgebenden Medium.
Nanostrukturen sind in modernen Materialien und Werkstoffen allgegenwärtig. Sie bestehen aus ein bis hundert Nanometer großen Bausteinen, die sich gezielt funktionalisieren lassen und es damit erlauben, durch Selbstorganisation hochkomplexe Strukturen mit sehr flexiblen Materialeigenschaften aufzubauen. Eine detaillierte Charakterisierung von Struktur und Eigenschaften der Nanobausteine ist wichtig, um prädiktive Modelle für die gezielte Herstellung von Materialien mit besonderen Merkmalen zu entwickeln, zum Beispiel in den Bereichen druckbare Elektronik, Katalysatordesign, organische Solarzellen oder moderne Arzneimittel. Beispielsweise ließ sich aus der Struktur einfacher Nanotröpfchen des Co-Enzyms Q10 lernen, wie sich organische Nanodispersionen im Allgemeinen entwickeln. Q10 kommt in jeder Zelle des menschlichen Körpers vor und steckt beispielsweise in Nahrungsergänzungsmitteln.
Je kleiner die Nanopartikel, umso größer ihr Verhältnis von Oberfläche zu Volumen – daher kommen Nanopartikel aus Gold, Platin oder Palladium und hochporöse Materialien wie Zeolithe, Aktivkohle oder nanoporöse Metalle in der chemischen Katalyse häufig zum Einsatz [1]. Die Bioverfügbarkeit und Löslichkeit hydrophober Arzneistoffe vergrößert sich durch ihre Anwendung in nanodisperser Form signifikant [2]. Bei halbleitenden Nanopartikeln („quantum dots“) wie CdS und ZnO nimmt die Bandlücke mit abnehmender Teilchengröße zu [3]. Die Absorption von Licht hängt für metallische Nanopartikel aufgrund von Oberflächenplasmonen-Resonanzen stark von der Größe und Form ab. Flüssige Dispersionen von Gold-, Silber- oder Aluminiumpartikeln gibt es daher in allen Farben des sichtbaren Spektrums [4, 5]. (...)
• 10/2019 • Seite 18Ein Fall für die nukleare Forensik
Woher stammt die Wolke aus Ruthenium-Wolke, die sich im Oktober 2017 über Europa ausbreitete?
• 10/2019 • Seite 35Die Natur zum Vorbild
Polymere Materialien lassen sich so funktionalisieren, dass sie intelligent agieren und autonom Tätigkeiten ausführen können.
Aufgrund ihrer vielfältigen Funktionalisierbarkeit sowie durch Einbindung verschiedener Materialkomponenten lassen sich die Eigenschaften polymerer Materialien auf unterschiedlichste Weise variieren und anpassen. Dadurch können zum Beispiel thermisch oder magnetisch aktivierbare Aktoren entstehen, die mechanisch durch Deformationen auf externe Reize und veränderte Umgebungsbedingungen reagieren. Ein wesentliches Ziel besteht darin, autonom agierende polymere Systeme zu entwickeln, die nach einmaliger Aktivierung selbstständig eine gewünschte Tätigkeit ausführen.
Wann können Moleküle, Materialbausteine und Materialien als „intelligent“ gelten? Zunächst sollte ein solches Material „fähig“ sein, eine komplexe Aufgabe zu erfüllen. Beispielsweise wird an Mikrokapseln aus weichen Gelen geforscht, die unter passenden Umgebungsbedingungen gezielt Medikamente freisetzen. Zusätzlich sollte ein intelligentes Material „schlau“ genug sein, weitgehend selbstständig auf einen äußeren Reiz zu reagieren. Das heißt, die gewünschte Reaktion, etwa eine mechanische Deformation, folgt eigenständig als Antwort auf den äußeren Reiz. Etwas subjektiver ist von einem intelligenten Material eine „gewitzte“ oder „geniale“ Lösung eines gestellten Problems zu erwarten. Durch Optimierung seiner Komponenten und inneren Struktur wird dem Material „gelehrt“, die ihm übertragenen Aufgaben zur maximalen Zufriedenheit zu erfüllen.
Polymere Materialien sind ideale Kandidaten, um derartige Ziele zu erreichen. Einzelne Polymermoleküle bestehen aus einer enormen Zahl identischer Wiederholeinheiten, den Monomeren, die durch chemische Bindungen zu einem Makromolekül verknüpft sind. Solche Moleküle lassen sich synthetisch herstellen, kommen aber auch in der Natur vor. Aufgrund ihrer Größe ist es möglich, bereits auf einem einzigen Molekül unterschiedliche Funktionalitäten und Informationen zu speichern. Ein sehr prominentes Beispiel ist die menschliche DNA. Entlang dieses linearen Biopolymermoleküls ist über die räumliche Abfolge und Wiederholung von vier verschiedenen Monomeren die Erbinformation kompakt gespeichert. In gestrecktem Zustand ist das Molekül knapp zwei Meter lang. Wir haben es also im wahrsten Sinne des Wortes mit einem Makromolekül zu tun. Obwohl schätzungsweise wenige Kubikmeter DNA genügen, um das gesamte, globale menschliche Wissen zu kodieren, würden wir das Molekül für sich allein im obigen Sinne nicht als „intelligent“ bezeichnen. Die DNA kann zwar die Information tragen, wie auf externe Stimuli zu reagieren ist, benötigt im Organismus aber noch den biologischen Zellapparat, um entsprechende Aufgaben abzuarbeiten...
• 1/2019 • Seite 12
Fortschritte für SESAME
Die Synchrotronquelle SESAME in Jordanien ist seit einem Jahr in Betrieb und soll weiter ausgebaut werden.
• 1/2017 • Seite 20Selten schwerer Nachweis
Resonante Laserspektroskopie ermöglichte es, erstmals einen atomaren Übergang im superschweren Element Nobelium zu messen.
1/2017 • Seite 1Januar 2017
Mit dem BASE-Experiment am Antiproton Decelerator des CERN lassen sich Eigenschaften wie die Ladungs-zu-Masse-Verhältnisse von Antiprotonen und Protonen hochpräzise bestimmen. (S. Sellner / BASE, vgl. S. 31)
• 4/2015 • Seite 16
Wärmespeicher in der Praxis
Zu: „Herausforderung Wärmespeicher“ von André Thess et al., Februar 2015, S. 33
• 4/2015 • Seite 16
Auch im Röntgenbereich
Zu: „Der Dreh mit dem Licht“ von Monika Ritsch-Marte, Januar 2015, Seite 31.
• 9/2014 • Seite 112
Mechanisms, Strategies, and Evolution of Microbial Systems
566. WE-Heraeus-Seminar
• 9/2014 • Seite 111
The Versatile Action of Noise: Applications from Genetic to Neural Circuits
559. WE-Heraeus-Seminar
• 2/2014 • Seite 12
Vorsorgender BlickEinfache KontrolleDrastischer EffizienzsprungEntwackelte Röntgenkamera
• 4/2013 • Seite 31Röntgenblick auf Kunstwerke
Wie nicht-invasive physikalische Verfahren unsichtbare Spuren ans Licht bringen
Die kunsthistorische und archäologische Forschung kann meist nicht alle Fragen zu einem Objekt und seiner Geschichte beantworten. Vielmehr sind chemisch- physikalische Methoden nötig, um archäologischen Fundstücken oder alten Kunstwerken wertvolle Informationen über Techniken, Lebens- und Denkweisen früherer Kulturen zu entlocken.
Je weiter man in der Menschheitsgeschichte zurückgeht, umso rarer werden materielle Spuren und Hinterlassenschaften und umso zahlreicher die Fragen. Zu den ältesten Kunstwerken zählen die paläolithischen Felsmalereien der weltberühmten Höhle von Lascaux. Doch womit genau malten und zeichneten die frühen Menschen? Was verraten die verwendeten Materialien über ihre Kultur? Die Wissenschaft, die solche auf den ersten Blick unsichtbaren Aspekte sichtbar macht, heißt Archäometrie. Ihre Methoden u. a. aus Physik und Chemie kommen mehr und mehr zum Einsatz, um Kunstwerke und Kulturgüter zu erforschen, sie zu datieren oder auf ihre Authentizität zu prüfen, die verwendeten Materialien genau zu bestimmen oder Erkenntnise über Herstellungstechniken oder den Gebrauch von Objekten zu gewinnen. Ist die Herkunft der verwendeten Rohmaterialien bekannt, können Historiker daraus Rückschlüsse auf vorhandene Handelsbeziehungen ziehen.
Die naturwissenschaftliche Untersuchung von Kunstwerken und Kulturgütern begann Anfang des 19. Jahrhunderts mit der Pigmentanalyse. Der deutsche Chemiker Friedrich Rathgen gründete 1888 mit dem „Chemischen Laboratorium der königlichen Museen zu Berlin“ das erste eigenständige Museumslabor. Die sich daraus entwickelnde Disziplin führte zu Untersuchungen einer großen Anzahl an Kunstobjekten mit den zur jeweiligen Zeit verfügbaren Analyseverfahren.
Besonders Ende der 1960er- und Anfang der 1970er-Jahre öffneten weltweit chemisch-physikalische Museumslabore.
Die Palette der Methoden erweiterte sich in den letzten Jahrzehnten rasch: So dienen die Verhältnisse von bestimmten Elementen oder Isotopen, spezifische Einschlüsse und Phasen oder morphologische Charakteristiken auf der Mikro- oder sogar Nano-Ebene dazu, Aussagen zu treffen, die rein kunsthistorischen oder archäologischen Betrachtungsweisen unzugänglich sind. Entscheidend ist, dass die Analysemethoden schneller und empfindlicher geworden sind. Meist genügen geringe Probenmengen. Doch der wertvolle Charakter vieler Kunstwerke verbietet oft sogar eine Probenentnahme, sodass Forscher nichtinvasive Verfahren einsetzen oder entwickeln müssen. ...
• 6/2012 • Seite 26Analyse auf dem Tisch
Die Nichtgleichgewichtsdynamik in Ferromagneten lässt sich elementspezifisch und auf Femtosekunden genau mit einem Laboraufbau analysieren.
• 5/2012 • Seite 22Unterdrückter Impuls
In Metallclustern lässt sich der Übergang vom Atom zum magnetischen Festkörper untersuchen.
• 9/2011 • Seite 73
Simuliert, ausgehöhlt, superaufgelöst
Highlights aus dem Programm der Sektion Atome, Moleküle, Quantenoptik und Plasmen (SAMOP)
• 1/2011 • Seite 14
Nachhaltige Transmutation?
Zu: „Transmutation von radioaktivem Abfall“ von Alex C. Mueller und Hamid Aït Abderrahim, November 2011, S. 33 Mit Antwort von Alex C. Müller
• 1/2011 • Seite 15
Rolle der Gravitationskonstanten
Vom Urknall zum Durchknall“, Rezension von Claus Kiefer, November 2010, S. 51 Mit Antwort von Claus Kiefer
• 4/2010 • Seite 18
Zerfall im Verbund
Wissenschaftler beobachten einen ultraschnellen, intermolekularen elektronischen Zerfall, wenn energiereiche Strahlung auf Wasser trifft.
• 10/2009 • Seite 3
Große Geräte - große Chancen
Neutronen- und Synchrotronstrahlungsquellen stehen für herausragende Wissenschaft und fördern auf besondere Weise die Karrieren von Nachwuchswissenschaftlern.
• 4/2008 • Seite 37
Brillante Blitze
Der Freie-Elektronen-Laser FLASH in Hamburg
Der Freie-Elektronen-Laser FLASH liefert seit rund drei Jahren Laserstrahlen, die mit ihrer kleinen Wellenlänge im Nanometerbereich und ihrer ultrakurzen Pulsdauer eine neue Welt an Experimenten eröffnen. Nanoobjekte lassen sich damit ablichten oder auch chemische Reaktionen verfolgen. Die hohe Leistungsdichte auf der Probe erlaubt es, auch nichtlineare Prozesse anzuregen und zu analysieren.
• 12/2006 • Seite 37
Das Kelvin wird ''universal''
Im Zuge der Französischen Revolution gab es große Anstrengungen, das damals verworrene Messwesen zu vereinheitlichen. So sollte z. B. das Längenmaß nicht mehr „auf der Armlänge eines König basieren". Heute stellt sich die Suche nach universellen Maßeinheiten aufs Neue: Die Basiseinheiten sollen künftig mit Hilfe von Naturkonstanten definiert werden, um sie so unabhängig von physikalischen Maßverkörperungen, sog. Artefakten, oder speziellen Messvorschriften zu machen. Auch das „Kelvin", die Einheit der Temperatur, gilt es nun neu zu definieren.
• 6/2006 • Seite 47
Beugen, Filtern, Komprimieren
Optische Gitter sind seit über zweihundert Jahren die in der Physik am häufigsten verwendeten kleinen Strukturen, die das Licht beeinflussen. Die vielfältigen Anwendungen der Spektroskopie in Forschung und Technik sind ohne optische Beugungsgitter gar nicht denkbar. Inzwischen werden sie für eine Vielzahl anderer Aufgaben eingesetzt, z. B. als Polarisatoren, Monochromatoren, Strahlteiler oder als Ein- und Auskoppelgitter für Wellenleiter. Viele dieser Anwendungen sind erst dadurch möglich geworden, dass sich die Maxwell-Gleichungen durch ''rigorose Methoden'' numerisch lösen lassen.
• 2/2004 • Seite 43
Calciumfluorid für die UV-Lithographie
Lithographische Verfahren zur Herstellung von Mikrochips stellen bei immer kürzeren Wellenlängen für die immer kleineren Strukturen enorme Ansprüche an die Optik und das Material für die Linsen. Bei der lithographischen Fertigung der nächsten Generation möchte man UV-Licht mit der Wellenlänge 157 nm verwenden. Dabei ist Calciumfluorid das Material der Wahl für die dazugehörigen Optiken. Es lässt sich in großen und qualitativ hochwertigen Einkristallen herstellen. Da Calciumfluorid eine kubische Kristallstruktur besitzt, ist es eigentlich auch optisch isotrop. Jedoch induziert UV-Licht eine kleine Anisotropie, die es beim Design der Linsensysteme zu berücksichtigen gilt.
• 12/2002 • Seite 33
Strahlungsquellen für die EUV-Lithographie
Lithographie mit extrem ultravioletter (EUV) Strahlung bei einer Wellenlänge von 13 nm ist nach der ''Roadmap'' der Halbleiterhersteller die Technologie der Wahl für die Chipfertigung ab 2007. Dieser Technologiesprung erfordert nicht nur Optiken und Masken mit einer Genauigkeit im Sub-Nanometer-Bereich, sondern auch äußerst leistungsfähige EUV-Strahlungsquellen. Laser- und entladungserzeugte Plasmen sind dafür die aussichtsreichen Kandidaten.
• 4/2002 • Seite 23
Transformation oder Urknall?
Reine Grundlagenforschung hatte in der DDR einen schweren Stand. Eines der wenigen Institute, das sich ausschließlich mit Grundlagenforschung beschäftigen konnte, war das Institut für Hochenergiephysik in Zeuthen. Eine Bilanz, zehn Jahre nach dessen Eingliederung in die westdeutsche Forschungslandschaft.