Tomoki Ozawa und die Geometrie des Lichts
Deutsch-japanisches Team hat die Quantengeometrie auf photonische Systeme angewendet und den Werkzeugkoffer für die topologische Photonik erweitert.
Suchen nach: RIKEN
Mario Berta und Kollegen messen Verschränkung präzise
Internationales Trio präsentiert neuen Zugang zu Quantentechnologien.
27.03.2026 • Nachricht • Hochschule
Unsichtbare Magnete für schnellere IT
Ein japanisch-deutsches Konsortium forscht über drei Jahre unter Koordination der Universität Augsburg.
• 4/2026 • Seite 52 • DPG-Mitglieder
Unifying View on Cosmic Interacting Matter
Bad Honnef Physics School
• 4/2026 • Seite 52 • DPG-Mitglieder
Spin Dynamics in Materials with Unconventional Symmetries
847. WE-Heraeus-Seminar
• 2/2026 • Seite 54 • DPG-Mitglieder
From Insight to Impact
Die 27. Deutsche Physikerinnentagung fand Mitte September 2025 an der Universität Kiel statt.
20.01.2026 • Nachricht
Endlich bühnenreife Zeitreise
Die Oper „Der Chronoplan“ von Julia und Alfred Kerr erlebt am Staatstheater Mainz nach über neunzig Jahren ihre Bühnenpremiere.
05.12.2025 • Nachricht • Industrie & Technologie
TRUMPF will mit Quantencomputern seine Laser verbessern
Das Hochtechnologieunternehmen startet ein gemeinsames Forschungsprojekt mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und der FU Berlin.
Neuartiges magnetisches Material mit Spiralstruktur
Metallischer p-Wellen-Magnet leitet Strom abhängig vom Drehimpuls der Elektronen – Anwendungsmöglichkeiten in der Informationstechnologie.
Humboldt-Physiker starten Pionierprojekt „QuantumCardiology-AI“
Kombination aus Quantensensorik und Künstlicher Intelligenz soll eine neue Ära der Herzdiagnostik einläuten.
• 11/2025 • Seite 54 • DPG-Mitglieder
Stepan I. Beril, Vladimir M. Fomin und Alexander S. Starchuk: Vibrational Excitations in Multilayer Nanostructures Properties and manifestations
BASE-Kollaboration erzeugt erstmals ein Qubit aus Antiprotonen
Die Antimateriefabrik des CERN erzeugte die Teilchen, die in Penning-Fallen über einen Rekordzeitraum hinweg vermessen und manipuliert werden konnten.
Ein Dreiklang für die Quantenphotonik
Das neue Fachevent soll Synergien zwischen den Bereichen Quantentechnologische Systeme und Photonik ausbauen.
• 2/2025 • Seite 36 • DPG-MitgliederEffizient wärmen
Der hydraulische Abgleich optimiert die Volumenströme im Heizkreislauf.
1/2025 • Seite 1
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Inhalt
Titelbild
Free Access
Attosekunden-Elektronenmikroskopie
- First Published: 02 January 2025
Der grundlegende Vorgang bei der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie ist die Bewegung der Elektronen im Material in den extrem schnellen optischen Oszillationen der auftreffenden Lichtwelle. Die ultraschnelle Dynamik auf atomaren Dimensionen bestimmt also die makroskopische Funktionsweise. Kürzlich ist es uns gelungen, ein Elektronenmikroskop so mit einem Laser zu koppeln, dass Attosekunden-Zeitauflösung erreicht wird, schneller als die Oszillationen von Licht. Diese Idee ermöglicht nun das direkte Filmen von Licht und seiner Wechselwirkung mit komplexen Materialien als Funktion von Raum und Zeit.
Editorial
Free Access
Ein neues Beobachtungsfenster in die atomare Welt tut sich auf
- Pages: 3
- First Published: 02 January 2025
Inhalt
Inhalt: Physik in unserer Zeit 1/2025
- Pages: 4-5
- First Published: 02 January 2025
Treffpunkt Forschung
Supraleitende Mikrowellenkontrolle von Zinn-Fehlstellen: Quantenoptik
- Pages: 6-7
- First Published: 02 January 2025
Quantennetzwerke zur Verteilung verschränkter Zustände könnten künftig sichere Kommunikation, vernetzte Quantensensoren und die Verknüpfung von Quantencomputern ermöglichen. Dafür werden langlebige Quantenspeicher benötigt, die effizient mit Licht adressiert werden können. Unser Team konnte nun erstmals mit einem supraleitenden Mikrowellenleiter volle Quantenkontrolle und lange Quantenspeicherzeiten für ein einzelnes Zinn-Fehlstellenzentrum in Diamant demonstrieren.
Nuklearer Zweiphotonenzerfall unter der Lupe: Kernphysik
- Pages: 8-9
- First Published: 02 January 2025
Beim nuklearen Zweiphotonenzerfall sendet ein angeregter Atomkern simultan zwei Photonen aus. Dieser sehr seltene Zerfallsmodus kann einerseits Informationen über eine Reihe von fundamentalen Eigenschaften des Atomkerns geben. Dazu zählt seine Polarisierbarkeit, je nachdem in welchem Anregungszustand er sich befindet. Andererseits kann er aber auch helfen, die nuklearen Grundlagen des doppelten Betazerfalls besser zu verstehen.
Dem Rätsel der Neutronenlebensdauer auf der Spur: Teilchenphysik
- Pages: 10-11
- First Published: 02 January 2025
Eine neue Hypothese könnte erklären, warum verschiedene Experimente zu abweichenden Ergebnissen bei der Neutronenlebensdauer führen. Der Grund könnte in bislang unbekannten Anregungszuständen des Neutrons liegen.
Artikel
Open Access
Filme von Licht im Elektronenmikroskop: Attosekunden-Elektronenmikroskopie
- Pages: 12-17
- First Published: 07 June 2024
Der grundlegende Vorgang bei der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie ist die Bewegung der Elektronen im Material in den extrem schnellen optischen Oszillationen der auftreffenden Lichtwelle. Die ultraschnelle Dynamik auf atomaren Dimensionen bestimmt also die makroskopische Funktionsweise. Kürzlich ist es uns gelungen, ein Elektronenmikroskop so mit einem Laser zu koppeln, dass Attosekunden-Zeitauflösung erreicht wird, schneller als die Oszillationen von Licht. Diese Idee ermöglicht nun das direkte Filmen von Licht und seiner Wechselwirkung mit komplexen Materialien als Funktion von Raum und Zeit.
Open Access
Bioelektrizität mit Laserlicht und Atomen messen: Quantensensoren für die Neurologie
- Pages: 18-25
- First Published: 24 September 2024
Hochempfindliche Magnetfeldsensoren können die bioelektrischen Signale im menschlichen Körper nichtinvasiv und sogar berührungslos messen. Neuerdings kommen hierzu auch optisch gepumpte Magnetometer infrage. Neben ihrer hohen Empfindlichkeit ermöglichen sie miniaturisierte Bauformen und eröffnen so neue Einsatzbereiche in der medizinischen Anwendung. Damit sind sie ein Paradebeispiel für die Vorteile jüngster Entwicklungen in der Quantentechnologie.
Open Access
Eisige Talfahrt: Physik des Bob-, Skeleton- und Rodelsports
- Pages: 26-29
- First Published: 17 December 2024
Die drei olympischen Sportarten Bob, Skeleton und Rodeln ähneln sich stark: Sie nutzen die Schwerkraft und eine ausgefeilte Technik, um auf der Eisbahn Höchstgeschwindigkeiten zu erzielen.
Open Access
Das zirkumgalaktische Medium: Diffuse Gashüllen als Entwicklungsmotor von Galaxien
- Pages: 30-37
- First Published: 17 September 2024
Galaxien wie die Milchstraße sind umhüllt von einem gigantischen Kokon aus diffusem Gas. Aktuelle Forschungsergebnisse belegen, dass dieses zirkumgalakische Medium eine entscheidende Rolle für die Entstehung und Entwicklung von Galaxien spielt.
Open Access
Extrem neutronenreicher Sauerstoffkern: Erstmalige Erzeugung von 28O
- Pages: 38-44
- First Published: 15 October 2024
Die Sauerstoffatome in unserer Luft haben fast immer acht Protonen und acht Neutronen. Unter extremen Bedingungen, wie in Neutronensternen, kann aber Sauerstoff mit bis zu 16 Neutronen existieren. Einem internationalen Forschungsteam ist es gelungen, den neutronenreichsten Sauerstoffkern 28O mit sogar 20 Neutronen an der Forschungsanlage RIKEN in Japan zu erzeugen. Dies gibt entscheidende Einblicke in die starke Wechselwirkung unter den neutronenreichsten Bedingungen, die im Labor erreicht werden können.
Magazin
Gläser und Flaschen als Helmholtz-Resonatoren: Physik im Weinkeller
- Pages: 45
- First Published: 02 January 2025
Die Schallgeschwindigkeit in Luft lässt sich nicht nur beim Entkorken einer Weinflasche bestimmen, wie kürzlich hier gezeigt. Es geht auch in einem Rotweinglas und einer bereits offenen Weinflasche.
Stroboskopbilder mit Clipstro erstellen: Smarte Physik
- Pages: 46-47
- First Published: 02 January 2025
Mit Clipstro lassen sich Stroboskopbilder unkompliziert erzeugen, was insbesondere eine qualitative Analyse von Bewegungen ermöglicht. Die App kombiniert dazu mehrere Frames eines Videos zu einem Gesamtbild.
Helmholtz liest Goethe: Erkenntnisse der Kunst: Physik & Literatur
- Pages: 50
- First Published: 02 January 2025
An Goethes Dichtung zeigt sich laut Helmholtz: Wissenschaft und Kunst basieren auf ähnlichen geistigen Prozessen und bilden zwei komplementäre Möglichkeiten, neues Wissen zu entdecken.
Vorschau
Neuer Kopf an der Spitze von FAIR und GSI
Thomas Nilsson übernimmt die Leitung des gesamten Wissenschaftsbereichs.
• 11/2024 • Seite 60 • DPG-Mitglieder
Bridging Length Scales in Magnetism – Diffuse Scattering from the Atomic to the Mesoscale
812. WE-Heraeus-Seminar
• 11/2024 • Seite 19 • DPG-Mitglieder
USA: Neu gleich alt?; Am Scheideweg; Viel Geld für viel Energie; Immigration benötigt
• 11/2024 • Seite 60 • DPG-Mitglieder
Advances in Quantum Simulation and Sensing with Ultracold Gases
813. WE-Heraeus-Seminar
Ein Kühlschrank für Antimaterie
Besondere Falle ermöglicht Vermessung des Spin-Flips von Antiprotonen.
• 12/2023 • Seite 13 • DPG-Mitglieder
Japanische ITERation
Ein neuer Testreaktor für die Technologien von ITER hat den Probebetrieb aufgenommen.
Deutsch-japanische Kooperation geht weiter
Das Zentrum für Zeit, Konstanten und fundamentale Symmetrien startet in die zweite Förderperiode.
Zyklotron für jedermann
Coburger Lehr-Zyklotron bringt internationalen Schwung in die Physik-Didaktik.
• 11/2023 • Seite 22 • DPG-MitgliederSauerstoff ohne doppelte Magie
Der erstmalige Nachweis von 28O zeigt, dass das Sauerstoffisotop entgegen der Erwartung kein doppelt-magischer Atomkern ist.
Sauerstoff-28 entdeckt
Erstmals gelingt der experimentelle Nachweis des lange gesuchten Sauerstoff-Isotops.
• 6/2023 • Seite 23 • DPG-MitgliederSensorik mit Nanofokus
Spektral scharf auflösende Metaoberflächen erlauben neue Ansätze, um Biomoleküle präzise identifizieren und unterscheiden zu können.
Die Untersuchung molekularer Eigenschaften von Materie mit Licht bildet die Basis für viele Felder der Physik. Licht mittels nanophotonischer Ansätze extrem zu bündeln, ermöglicht die Untersuchung kleinster Mengen an Molekülen und hochempfindliche Sensoren. Eine neue Klasse spektral scharf auflösender Metaoberflächen hat zu neuen Ansätzen der Biosensorik geführt, von der gezielten molekularen Identifikation bis zu chipintegrierten Anwendungen für die medizinische Diagnostik.
Die Wechselwirkung von Licht mit Materie auf der Nanoskala ist für unsere Wahrnehmung entscheidend und prägt zahlreiche allgegenwärtige Effekte, etwa Leuchtdioden in Displays, Laser mit ihren Anwendungen in der Metrologie, Medizin oder optischen Abstandsbestimmung (LIDAR) oder Quanteninformation.
Noch unmittelbarer betrifft uns die optische Biosensorik, die sich mit der Wechselwirkung von Licht mit biologischen Molekülen beschäftigt, speziell in der medizinischen Diagnostik. Optische Biosensoren vereinen mehrere Vorteile [1]: Sie sind inhärent nichtinvasiv, können also Informationen über die innere Zusammensetzung biologischen Gewebes ermitteln, ohne in dieses eindringen zu müssen oder sogar damit in Kontakt zu kommen. Oftmals sind sie empfindlicher als elektrochemische oder mechanische Sensoren. Bedingt ist dies durch extrem genaue spektroskopische Messtechniken, um Lichtintensitäten und Wellenlängen zu bestimmen.
Nichtinvasive Messungen mit optischen Sensoren benötigen oft nur kurze Messdauern und haben einen hohen Probendurchsatz. Die gleichzeitige Messung verschiedener Wellenlängen bzw. Sensorelemente (Multiplexing) ermöglicht es, viele Proben parallel zu vermessen und damit komplexe biochemische Eigenschaften zu entschlüsseln. (...)
• 5/2023 • Seite 29 • DPG-MitgliederBrillante Neutronenstrahlen
Eine neue Generation von Neutronenquellen für Wissenschaft und Industrie
Neutronen spielen als Sonden eine essenzielle Rolle in Materialforschung und Wirkstoffentwicklung. Die benötigten Strahlen freier Neutronen stammten bisher hauptsächlich aus Kernspaltungsprozessen in Forschungsreaktoren. Viele der Reaktoren erreichen demnächst das Ende ihrer Laufzeit. Daher wartet die Nutzergemeinschaft gespannt auf die Inbetriebnahme der Europäischen Spallationsquelle (ESS) im schwedischen Lund, welche die leistungsfähigste Neutronenquelle der Welt sein wird. Gleichzeitig geht die Entwicklung neuer hochbrillanter beschleunigergetriebener Quellen voran, um das europäische Netz zu ergänzen. Neue Ansätze ermöglichen es, brillante Neutronenstrahlen für Wissenschaft und Industrie bereitzustellen – an zuverlässigen, nachhaltigen, flexiblen Einrichtungen mit moderaten Betriebskosten und leichtem Nutzerzugang.
Neutronen finden in fast allen wissenschaftlichen Gebieten Anwendung: von der Strukturaufklärung magnetischer Materialien, der Erforschung von Quantenphänomenen und den Eigenschaften von Batteriematerialien über die Struktur und Dynamik von Polymeren und Proteinen, die Belastbarkeit und Struktur komplexer Werkstoffe, die Wechselwirkung von Biomolekülen bis hin zu den Eigenschaften geologischer Materialien und der Untersuchung archäologischer Funde oder Kulturgegenstände. Entscheidend für die Attraktivität von Neutronen als Sonden in der Mikrowelt sind ihre besonderen Eigenschaften (Infokasten).
Um Neutronenstrahlen zu erzeugen, ist es nötig, Neutronen aus Atomkernen freizusetzen. Dazu gilt es, die von der starken Wechselwirkung vermittelte Bindung mit den Protonen im Kern zu überwinden. Um einen möglichst hohen Neutronenfluss, also möglichst viele Neutronen pro Sekunde und Flächenelement, zu erhalten, sind in der Regel relativ große Anlagen nötig. Die erforderlichen Abmessungen übersteigen wie die Investitionen und Betriebskosten die Möglichkeiten einer Universität. So benötigt die Materialforschung Neutronenflüsse, die nur Kernreaktoren oder Anlagen mit Ionenbeschleunigern bereitstellen. Zahlreiche Instrumente erlauben verschiedene wissenschaftliche Anwendungen. Ein Peer-Review-Begutachtungsverfahren organisiert üblicherweise die Vergabe von Messzeit an diesen Neutronenquellen, die angewandter und Grundlagenforschung sowie der Industrie offenstehen. (...)
• 9/2022 • Seite 12 • DPG-Mitglieder
Ein Blitz gegen Krebs
Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung möchte gemeinsam mit zwei Partnern die FLASH-Therapie mit ultrakurzen, hoch dosierten Strahlen weiterentwickeln.
• 9/2022 • Seite 26 • DPG-MitgliederNeutronen im Viererpack
Experimente am japanischen Forschungsinstitut RIKEN deuten auf die Beobachtung eines gebundenen, virtuellen Vier-Neutronen-Systems hin.
• 9/2022 • Seite 12 • DPG-Mitglieder
Trennung auf Raten
Das CERN-Council beschließt, die Zusammenarbeit mit Russland und Belarus nach Auslaufen der Kooperationsverträge nicht zu verlängern.
Neutronen im Viererpack
Lang gesuchtes Tetra-Neutron entdeckt – das erste gebundene Teilchen, das nur aus Neutronen besteht.
Wie magnetisch ist Helium-3?
Erste direkte Kalibrierung für 3He-Kernspin-Resonanz-Sonden.
• 6/2022 • Seite 24 • DPG-MitgliederPush & Pull
Über die Abwanderung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in die USA nach Ende des Zweiten Weltkriegs
Mit dem Ziel, durch wissenschaftliche Erkenntnisse den Krieg im Pazifik möglichst zu verkürzen, begann im Juli 1945 ein zunächst geheimes US-Rekrutierungsprogramm für ausgewählte deutsche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Nach Kriegsende wurde es unter dem Namen „Paperclip“ weitergeführt.
Nur wenige Themen haben die Politik in den vergangenen Jahren so sehr bewegt wie die Migration. Ein Hauptauslöser dafür, dass Menschen in ein anderes Land auswandern, sind kriegerische Konflikte mit all ihren zerstörerischen Konsequenzen. Auch die Geschichte Deutschlands im 20. Jahrhundert ist geprägt durch das Entfachen von zwei Weltkriegen, in deren Folge Millionen von Menschen verfolgt, ermordet oder vertrieben wurden.
Dieser Beitrag soll die Folgen des Zweiten Weltkriegs um eine weniger bekannte Perspektive ergänzen: eine Auswanderungsbewegung von deutschen und österreichischen Physikerinnen und Physikern nach Ende des Zweiten Weltkriegs in die USA. Teile dieser Geschichte, insbesondere die Überführung von Raketenwissenschaftlern zusammen mit Wernher von Braun und dessen Beteiligung am amerikanischen Raumfahrtprogramm, sind in einigen hervorragenden Büchern und Arbeiten, jedoch auch in einer größeren Anzahl weniger fundiert recherchierten und teils reißerischen Werken erzählt worden. Auch finden sich Karikaturen dieser Karrieren in populären Werken, etwa in der Figur des „Dr. Strangelove“ in Stanley Kubricks gleichnamigen Film von 1964. Im Folgenden wird der Blick hingegen auf Bereiche der Physik gelenkt, die bisher weniger im Zentrum des öffentlichen Interesses standen. (...)
• 4/2022 • Seite 24 • DPG-MitgliederHalbleiter-Qubits voll funktionsfähig
Spin-Qubits auf Basis von Silizium zeigen eine vielversprechende Qualitätssteigerung.
• 3/2022 • Seite 72 • DPG-Mitglieder
Hybrid Solid State Quantum Circuits, Sensors, and Metrology
722. WE-Heraeus-Seminar
• 3/2022 • Seite 72 • DPG-Mitglieder
From Wind and Solar Energy to Chemical Energy Storage: Understanding and Engineering Catalysis under Dynamic Conditions
758. WE-Heraeus-Seminar
Neue Kühlmethode für geladene Teilchen
System aus zwei mit elektrischem Schwingkreis verbundenen Penningfallen.
• 3/2021 • Seite 20 • DPG-Mitglieder
Papier zum Zuhören; Filter für Fasern; Energieernter in 3D; Schlanke Optik
Heliumkerne in schweren Atomkernen entdeckt
Wahrscheinlichkeit für die Bildung von Heliumkernen nimmt mit dem Neutronenüberschuss der Kerne ab.
Eine außergewöhnliche Form des Kohlenstoffs
Untersuchung der photophysikalischen Eigenschaften von Carbin.
• 9/2020 • Seite 83 • DPG-Mitglieder
Govert Schilling: Sternenbilder – Wie sie den Weg zur modernen Astronomie ebneten
Extrem seltener Zerfall
Bestätigung des selten vorkommenden kompetitiven Doppeltgammazerfalls.
25.06.2020 • Nachricht • Industrie & Technologie
Harte, kurze Pulse
Kompressor-Beamline mit Terawatt-Lichtpulsen öffnet Zugang zu nichtlinearer Attosekunden-XUV-Spektroskopie.
• 6/2020 • Seite 24 • DPG-MitgliederDie Vermessung der Wolke
Transportmessungen durch einen magnetischen Quantenpunkt beenden das mehr als fünfzigjährige Rätselraten um eine universelle Längenskala in Kondo-Systemen.
Wolkige Elektronen
Messung der Ausdehnung der Kondo Screening Cloud in Einklang mit theoretischer Erwartung.
• 3/2020 • Seite 20Mehr Neutronen gehen nicht
Erstmals ist es gelungen, die Grenze der Neutronenstabilität für Fluor- und Neon-Isotope nachzuweisen.
Mit Antiprotonen auf der Jagd nach dunkler Materie
Neuer Ansatz für die Suche nach rätselhaftem Bestandteil des Kosmos.
Elemententdecker zu Besuch
Konferenz zur Chemie und Physik der schweren Elemente in Wilhelmshaven mit hochkarätiger Besetzung.
Doppelt magisches Isotop sorgt für Überraschungen
Nickel-78 zeigt trotz des Ungleichgewichts von Protonen zu Neutronen sphärische Form.
• 2/2019 • Seite 59
Physics and Applications of Superconducting Nanowire Single Photon Detectors
683. WE-Heraeus Seminar
1/2019 • Seite 55Physik-Preise 2019
Laudationes auf die Preisträgerinnen und Preisträger der Deutschen Physikalischen Gesellschaft
Ein elementarer Geburtstag
Das Periodensystem der Elemente wird 150 Jahre alt – und die Vereinten Nationen rufen das International Year of the Periodic Table of Chemical Elements aus.
Sind Naturkonstanten wirklich konstant?
Neue deutsch-japanische Kooperation für Präzisionsexperimente ist gestartet.
• 11/2018 • Seite 24
Klein und empfindlich; Klein und schnell;, Klein und vollständig; Klein und energiereich
Aus eins mach zwei
Singulett-Spaltung kann Effizienz von Solarzellen deutlich erhöhen.
• 7/2018 • Seite 41Netzwerke der Erkenntnis
Die Bioelektronik zeigt einen Weg auf, das Gehirn von neuronalen Netzwerken aus zu verstehen.
Das menschliche Gehirn ist ein Organ größter Komplexität. Trotz weitreichender Fortschritte in den Neurowissenschaften bleibt das detaillierte Verständnis der Aktivität und Interaktion dieses komplexen Systems bislang ein unerreichtes Ziel. Ein vielversprechender Versuch, die Signalprozessierung besser zu verstehen, ist die Bioelektronik, die von kleineren neuronalen Netzwerken ausgeht.
Die Funktionsweise des Gehirns zu verstehen, ist eine der größten Herausforderungen für Wissenschaft und Technik. Unser Gehirn besteht aus einem Netzwerk von etwa 100 Milliarden Nervenzellen (Neuronen), die von einer noch größeren Anzahl an Gliazellen umgeben sind – nichtneuronalen Zellen mit Isolations- und Pufferfunktion. Die Neuronen bilden untereinander Kontakte, wobei jedes Neuron bis zu 10 000 solcher Synapsen ausbilden kann. Diese Kontaktstellen sind extrem veränderbar und bilden die Basis unserer motorischen, kognitiven und emotionalen Fähigkeiten.
Die Biowissenschaften und die Medizin haben in den letzten hundert Jahren wesentlich dazu beigetragen, die biologischen Vorgänge des menschlichen Körpers zu entschlüsseln. Die stürmische Entwicklung der Neurowissenschaften in den letzten Jahrzehnten ermöglichte es, die neuronalen Informationsprozesse besser zu verstehen, vor allem die molekularen Reaktionen und Reaktionsketten in Nervenzellen, welche die Eigenschaften von Netzwerk und Nervensystem beeinflussen. Jedoch bleibt das Gehirn als Ganzes – sowohl im gesunden als auch pathologisch veränderten Zustand – weiterhin ein Rätsel und damit auch das Verständnis der Pathophysiologie vieler neurologischer und neuropsychiatrischer Erkrankungen. Für viele dieser Erkrankungen kennen wir weder Heilmittel noch wirksame Behandlungen. Mittlerweile lassen sich den verschiedenen Hirnarealen spezielle Funktionen zuordnen oder Fehlfunktionen erkennen und lokalisieren. Doch die verwendeten klinischen Methoden, darunter Elektroenzephalographie (EEG), Computertomographie oder funktionelle Magnetresonanztomographie, erlauben es in der Regel nicht, die neuronale Kommunikation mit Einzelzellauflösung zu erfassen, sondern können lediglich die Aktivität großer Zellverbände detektieren. Selbst eine Auflösung im Sub-Millimeter-Bereich erfasst immer noch die Aktivität einiger zehntausend Neuronen. Daher sind Methoden notwendig, die mit ausreichend räumlicher und zeitlicher Auflösung Signale des Gehirns erfassen, um eine Analyse der neuronalen Kommunikation sowohl auf der Ebene von einzelnen Zellen als auch auf der von Netzwerken zu ermöglichen [1]. Ferner ist für therapeutische Zwecke eine bidirektionale Kommunikation wünschenswert, d. h. über die reine Untersuchung der neuronalen Signale hinaus auch die Möglichkeit, die Netzwerkaktivität gezielt zu beeinflussen...
Wenn Elektronen Wirbel machen
Verwirbelte Laserstrahlen boomen längst, doch seit Kurzem lassen sich auch frei fliegende Elektronenwirbel erzeugen.
• 3/2018 • Seite 24Quanten machen große Sprünge
Ein Flaggschiff der Europäischen Kommission zu Quantentechnologien soll helfen, Ergebnisse aus den Laboren in marktreife Produkte zu überführen.
Im April 2016 gab die Europäische Kommission – versteckt in einer umfangreichen Pressemitteilung – bekannt, im Rahmen einer European Cloud Initiative ein europaweites Flaggschiff zu Quantentechnologien fördern zu wollen. Grundlage der Entscheidung, im Laufe von zehn Jahren etwa 500 Millionen Euro zu investieren, sofern die Mitgliedsstaaten einen ähnlichen Beitrag durch nationale Fördermittel aufbringen, war das „Quantum Manifesto“. Ein sechsköpfiges Autorenteam um den Quantenphysiker Tommaso Calarco (IQST Ulm) hatte dieses verfasst. Fast 3700 Befürworter aus Wissenschaft und Industrie haben diese Roadmap der europäischen Quantentechnologie unterzeichnet, die auf Einladung von Günther Oettinger, damals EU-Kommissar für „Digital Economy and Science“, entstanden war.
Ein völlig anderes Verfahren also, ein Flaggschiff aus der Taufe zu heben, als es für die bereits laufenden Initiativen – das Graphene Flagship und das Human Brain Project – der Fall war. Beide hatten sich in einem mehrjährigen Prozess in verschiedenen Auswahlrunden gegen über 20 konkurrierende Projekte durchgesetzt.3) Darunter war ein von Peter Zoller (IQOQI Innsbruck, Österreich) koordinierter Vorschlag zur industriellen Anwendung von Quantentechnologien, den Tommaso Calarco in einer der Auswahlrunden vorgestellt hatte. Der Antrag hatte aber nicht den Sprung in die Runde der sechs Pilotprojekte geschafft, die im Mai 2011 in die engere Wahl kamen. Doch die Idee einer „zweiten Quantenrevolution“ stand damit im Raum. Für die Physiker bedeutet das, Quanteneffekte wie Verschränkung und Superposition zu nutzen, um neue Anwendungen von Quantentechnologien zu erschließen.
Diesen Vorschlägen geht in Großbritannien bereits seit Dezember 2014 eine groß angelegte nationale Initiative nach: In vier Zentren, so genannten Quantum Hubs, wird die Forschung auf komplementären Gebieten koordiniert (Infokasten UK National Quantum Technologies Programme). An den Standorten und den angeschlossenen Partneruniversitäten stehen den Forscherinnen und Forschern für verschiedenste Projekte umgerechnet etwa 350 Millionen Euro innerhalb von fünf Jahren zur Verfügung. (...)
Magnetisches Moment des Protons mit Rekordgenauigkeit gemessen
Große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen.
Magnetisches Moment von Protonen und Antiprotonen identisch
Fundamentale Eigenschaft der Teilchen auf neun signifikante Stellen genau gemessen.
Proton auf Schlankheitskur
Hochpräzise Messung der Protonmasse weicht signifikant vom Literaturwert ab.
Neutrinos treiben Supernova an
Isotopenverteilung bei Cassiopeia-A weist auf Heizung der Supernova durch Neutrinos hin.
g-Faktor des Antiprotons
Magnetisches Moment unterscheidet sich zwischen Proton und Antiproton nicht.
• 1/2017 • Seite 31In die Falle gegangen
Hochpräzise Experimente mit Penning-Fallen tragen dazu bei, das Standardmodell der Teilchenphysik besser zu verstehen.
Experimente mit Penning-Fallen ermöglichen es, die Eigenschaften einzelner Teilchen mit höchster Präzision zu bestimmen. So tragen sie wesentlich zu unserem Verständnis fundamentaler physikalischer Prozesse bei. Mit Penning-Fallen lassen sich die Eigenschaften von Protonen und Antiprotonen vergleichen, die Massen stabiler und instabiler Isotope messen und der Wert von Fundamentalkonstanten bestimmen.
Zwei grundsätzlich unterschiedliche Ansätze erlauben es, die Vorhersagen des Standardmodells der Teilchenphysik zu überprüfen und mögliche Abweichungen zu entdecken: Experimente bei hohen Energien und hoher Luminosität und – im Gegensatz dazu – Experimente bei niedrigsten Energien und höchster Präzision. Beide Ansätze basieren auf der Struktur relativistischer Quantenfeldtheorien: Jede fundamentale Wechselwirkung, ob bereits im Standardmodell enthalten oder nicht, entsteht durch den Austausch von Wechselwirkungsquanten, die mit effektiven Konstanten an die Interaktionspartner koppeln. Der Hochenergieansatz nutzt die direkte Produktion und den Nachweis dieser Austauschquanten. Die Philosophie des Niedrigenergieansatzes besteht darin, innerhalb des Standardmodells extrem genau verstandene Systeme mit höchster Präzision zu vermessen. Abweichungen der experimentellen Resultate von den Vorhersagen des Standardmodells ließen sich bisher nicht direkt entdeckten Quantenfeldern und ihren Austauschquanten zuschreiben, wobei die Stärke der Kopplung zu bestimmen ist. Während der Hochenergieansatz klare Fakten liefert, arbeitet der Niedrigenergieansatz indirekt. Aber je nach Kopplung ist er potenziell empfindlicher auf Austauschquanten mit Ruhemassen, die weit oberhalb der Energieskalen liegen, die heutige Beschleuniger erreichen, sodass beide Ansätze komplementär sind.
In den letzten Jahren stellten sich Experimente an einzelnen gespeicherten geladenen Teilchen als besonders attraktiv heraus, um den Niedrigenergieansatz zu verfolgen: Fundamentalkonstanten wie die Elektronenmasse me und die Feinstrukturkonstante αem werden ermittelt, und die CPT-Invarianz lässt sich durch den Vergleich der Eigenschaften von Teilchen und Antiteilchen testen. Wie exakt dafür die Massen der Teilchen zu bestimmen sind, hängt von den Fragestellungen aus Kern-, Atom-, Astro-, Neutrino- und Teilchenphysik ab. Die Genauigkeiten reichen von δm/m ≈ 10–7 für Radionuklide und das Überprüfen von Kernmodellen bis hin zu 10–11 und besser zur Bestimmung von Fundamentalkonstanten. ...
Mal Rugby-Ei, mal Diskus
Neue Simulationen und Messungen ermöglichen Bestimmung der Form von Atomkernen.
• 10/2016 • Seite 46
Günter Nagel: Das geheime deutsche Uranprojekt 1939 – 1945. Beute der Alliierten
Wie Batterien und Elektronik altern
60 Millionen Euro für ein neues Forschungszentrum in Aachen.
• 6/2016 • Seite 37Superschwere Elemente und Neutrinos
Vor 60 Jahren wurde das Vereinigte Institut für Kernforschung in Dubna gegründet.
Am 26. März 1956 unterzeichneten elf Länder des damaligen Ostblocks einen Vertrag zur Gründung eines internationalen Kernforschungsinstituts, das bei den Vereinten Nationen registriert wurde. Das Institut hat auf einigen Gebieten Wissenschaftsgeschichte geschrieben und war über drei Jahrzehnte ein wichtiges Bindeglied über den eisernen Vorhang hinweg. Heute versteht es sich als Teil einer gesamteuropäischen Forschungslandschaft.
Das Vereinigte Institut für Kernforschung (engl. Joint Institute for Nuclear Research, JINR) befindet sich in Dubna, etwa 120 km nordöstlich von Moskau. Von Beginn an war es auf die friedliche Anwendung der Kernenergie sowie auf Grundlagenforschung in der Kern- und Elementarteilchenphysik ausgerichtet. Bis kurz zuvor hatte Dubna allerdings noch zu jenen auf keiner Landkarte verzeichneten Ortschaften gehört, in denen während der 1940er-Jahre im Rahmen des sowjetischen Atombombenprogramms streng geheime Forschungsinstitute angesiedelt waren. Bei der Gründung des JINR konnte die Sowjetunion darum zwei existierende (zuvor ebenfalls geheime) Institute der sowjetischen Akademie der Wissenschaften in das internationale Institut einbringen – das Laboratorium für Kernprobleme mit seinem 680-MeV-Zyklotron und das Laboratorium für hohe Energien, in dem 1957 ein 10-GeV-Synchrotron seinen Betrieb aufnehmen sollte. In den Dubnaer Teilinstituten („Laboratorien“, Abb. 1) sind über sechs Jahrzehnte hinweg viele wichtige Resultate erzielt und neuartige Methoden entwickelt worden, die wir hier natürlich nur anhand von wenigen Beispielen beleuchten können.
Am spektakulärsten ist sicherlich die Entdeckung superschwerer Elemente im Laboratorium für Kernreaktionen (LNR). Dessen Leitung übernahm 1957 Georgi Flerov, einer der wichtigen Protagonisten des sowjetischen Atomprojekts (Abb. 2). Das LNR hat sich über Jahrzehnte ein Wettrennen mit der University of California in Berkeley und später dem GSI Helmholtzzentrum in Darmstadt um den Erstnachweis von Transfermium-Elementen (Ordnungszahl > 100) geliefert. Trotz gelegentlicher Prioritätsstreitigkeiten ist der bedeutende Beitrag des LNR zu diesem Themenfeld unbestritten und wurde durch die Benennung der Elemente 101 (Mendelevium) und 105 (Dubnium) gewürdigt. Gegenwärtig wetteifert das LNR mit seinen alten Konkurrenten und dem RIKEN-Institut in Japan darum, als Erster die erwartete „Insel der Stabilität“ bei etwa 114 Protonen und 184 Neutronen im Kern zu erreichen. (...)
Nanohebel messen transversalen Lichtdruck
Experiment weist erstmals spinabhängige Komponente im Lichtfeld nach.
Zähflüssige und supraleitende Elektronen
Neue Materialien auf Basis von Oxiden sollen Computer energiesparender machen.
Doktorandenpreis für Andreas Mooser
Hochpräzise Vermessung des magnetischen Moments des Protons ausgezeichnet.
Freie-Elektronen-Laser lässt Kupferatome strahlen
Atomarer Röntgenlaser mit deutlich kürzerer Wellenlänge entwickelt.
Quanten-Spin-Hall-Effekt bei Photonen
Überraschende Neuinterpretation quantenoptischer Experimente.
Optische Atomuhren zunehmend im Gleichtakt
Japanische Physiker beziffern störenden Einfluss von Schwarzkörperstrahlung bei zwei Strontium-Atomuhren.
Gewinnen durch Verlust
Scheinbar widersinniges, theoretisch vorhergesagtes Verhalten von Lasern jetzt experimentell bestätigt.
Erste superschwere Verbindung mit Kohlenstoff
Effekte der Relativitätstheorie auf die Chemie lassen sich dadurch genauer untersuchen.
• 7/2014 • Seite 3Mobilmachung der Forscher
1914 zogen nicht nur die Industrienationen, sondern auch die Wissenschaftler in den Krieg.
Wie spiegelbildlich sind Protonen und Antiprotonen?
Magnetisches Moment des Protons mit extrem geringem Fehler bestimmt – nun kommt das Antiproton dran.
Kalt, klein und symmetrisch?
EU fördert Technologietransfer vom Quantencomputing zu Tests des Standardmodells mit einem ERC Starting Grant.
• 12/2013 • Seite 20Magische Zahlen in Kalzium
Das exotische Isotop Kalzium-54 zeigt eine neue magische Neutronenzahl.
Wandernde magische Zahlen
Das instabile Isotop Kalzium-54 zeigt eine neue magische Neutronenzahl von 34.
• 11/2012 • Seite 18Die Sonne im Labor
In Laborexperimenten erzeugte Plasmabögen ähneln denen in der Sonnenkorona.
Element 113 nachgewiesen
Sechs aufeinanderfolgende Alpha-Zerfälle liefern den Beweis.
Zaubern mit doppelt-magischem Zinn
Ersten Experimenten zufolge hat Zinn-100 von allen Atomkernen den „schnellsten“ Beta-Zerfall.
Der Baukasten für Superschwergewichte
Die Zahl neuer, superschwerer Elemente hat sich in den vergangenen Jahrzehnten sprunghaft erhöht. Derzeit laufen Experimente zur Synthese der Elemente 119 und 120. Damit ist die Insel der Stabilität erreicht.
2/2012 • Seite 1Februar
Der Exoplanet Kepler-20e ist kleiner als die Erde. Doch er ist zu nah an seiner Sonne, um Leben tragen zu können. (vgl. S. 25; Grafik: NASA/Ames/JPL-Caltech)
Baubeginn beim Teilchenbeschleuniger Spiral 2
Die Anlage soll künftig große Mengen an „exotischen Atomkernen“ erzeugen, die im natürlichen Zustand nicht auf der Erde vorkommen.
Heteroübergänge in Nanoröhren
Erstmals gelingt die Verknüpfung von eindimensionalen Nanostrukturen mit unterschiedlichen elektronischen Eigenschaften. Das könnte für effizientere Solarzellen von Nutzen sein.
Japans Röntgen-FEL gestartet
SCALA produziert Röntgenstrahlung im Bereich von 0,8 Ångstrom.
Farbhologramm erscheint in weißem Licht
Ein silberbeschichteter Film ermöglicht farbige holographischer Bilder.
Elektronen auf Spiralbahnen
Mit Elektronenstrahlen, die sich hinter einer Platin-Maske zu Wirbeln formen, lassen sich magnetische Zustände mit atomarer Auflösung detektieren.
• 3/2010 • Seite 58
''Das japanische Leben hat durchaus seine Annehmlichkeiten''
Interview mit Daniel Gottwald
• 1/2010 • Seite 13
USA
Knappe Isotope Myonen-Collider fürs Fermilab? Mehr Promotionen Physik und Biowissenschaften
• 6/2009 • Seite 35
Ein Platz für Schwergewichte
Modernen Alchemisten gleich haben Forscher in den vergangenen Jahrzehnten das Periodensystem wiederholt um neue Elemente erweitert. Obwohl sich in den Experimenten immer höchstens ein einzelnes Atom der superschweren Elemente befindet, das innerhalb von Sekunden zerfällt, ist es gelungen, chemische Verbindungen zu erzeugen und zu untersuchen.
• 6/2008 • Seite 14
Alles aufheben ist unmöglich
Zu: „Bitte nicht wegwerfen!“ von Klaus Hentschel, März 2008, S. 3 Mit Erwiderung von Klaus Hentschel
• 6/2008 • Seite 14
Oberflächlich und unzutreffend
Zu: „Auf die Stärken konzentrieren“ von Joachim Giesekus, April 2008, S. 3
6/2008 • Seite 1
Juni
So genannte Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten spielen eine besondere Rolle für die Stringtheorie (vgl. S. 29, Bild: Wikipedia).
Japan plant schnellsten Supercomputer
Das staatliche japanische Forschungsinstitut Riken will die drei Elektronikkonzerne NEC, Hitachi und Fujitsu mit der gemeinsamen Entwicklung des schnellsten Supercomputers der Welt beauftragen.
• 6/2007 • Seite 27
Haute Cuisine à la Physik
An kaum einem anderen Ort des täglichen Lebens findet sich die gesamte Bandbreite der interdisziplinären „Wissenschaft der weichen Materie" so wieder wie in der Küche. Mit einfachen Experimenten, deren Resultate mit Genuss verzehrt werden können, lassen sich unzählige Verbindungen zu aktuellen Forschungsthemen erkennen, die Physiker und Chemiker im Labor und auf Computern bearbeiten.
• 2/2007 • Seite 10
USA
Wissenschaftsausgaben eingefroren Staatliche Forschungsgelder begehrt wie noch nie RIA ist tot – es lebe FRIB Kleine Firmen tun viel für F&E
Nuklearer Massenschwund
Mesonen sind innerhalb eines Atomkerns leichter als außerhalb. Das haben japanische Forscher bei Experimenten am Protonenbeschleuniger KEK in Tsukuba herausgefunden.
• 1/2007 • Seite 57
M. Le Bellac: A Short Introduction to Quantum Information and Quantum Computation
• 4/2006 • Seite 13
USA
- Maulkorb für die Wissenschaft- Trends in Wissenschaft und Technik- Reaktionen auf Bushs Haushaltsentwurf- RIA muss warten- Strafe für radioaktive Hinterlassenschaft
• 10/2005 • Seite 35
Poren mit Potenzial
Mit der gezielten Kombination von lithographischer Vorstrukturierung und Selbstorganisation lassen sich in den unterschiedlichsten Materialien perfekt geordnete Porenstrukturen herstellen. Diese ermöglichen innovative Anwendungen z.B. als nanophotonische Komponenten oder nanomagnetische Speichermedien.
• 5/2005 • Seite 37
Auf der Jagd nach Superschwergewichten
Als ''moderne Alchemisten'' haben die Kernphysiker in den vergangenen Jahrzehnten aus bekannten Elementen neue erzeugt und damit das Periodensystem und die Nuklidkarte kontinuierlich erweitert. Die Suche nach neuen superschweren Elementen ist eine der spannendsten Aufgaben der Kernphysik und Kernchemie, seitdem Kernmodelle eine ''Insel der Stabilität'' vorausgesagt haben, die gewissermaßen von einem Meer der Instabilität umgeben und dem Kontinent der bekannten Isotope vorgelagert ist. Mit den neuesten Ergebnissen scheint diese Insel nun erreicht zu sein.
• 9/2004 • Seite 55
Neurodynamik in Echtzeit
Auf dem Weg zu einem Verständnis der Okulomotorik und der neuronalen Grundlagen des Sehens.
• 6/2003 • Seite 67
Energetics of Interfaces between Organic Molecules and Conductors306. WEH-Seminar
• 5/2002 • Seite 33
Laserchemie an Grenzflächen
Chemische Reaktionen, die durch Laserlicht induziert werden, erlauben es, fundamentale Wechselwirkungen zwischen Festkörperoberflächen und Molekülen des umgebenden Mediums zu untersuchen. Darüber hinaus lassen sich mit solchen Reaktionen Oberflächen mikro- oder nanostrukturieren sowie großflächig beschichten, abtragen oder umwandeln. Neben bereits realisierten Verfahren gibt es vielfältige potenzielle Anwendungen in der Mikromechanik, Metallurgie, der integrierten Optik, der Halbleiterindustrie, der Optoelektronik, Sensorik, der chemischen Verfahrenstechnik, Medizintechnik und der Biotechnologie.
• 4/2002 • Seite 54
Drama ohne Ende?
Eigentlich dürften die Wissenschaftshistoriker froh darüber sein, durch eine Debatte wie die über Heisenbergs Besuch bei Niels Bohr im Jahr 1941 auf die Bühne der öffentlichen Auseinandersetzung, das heißt in das Feuilleton deutscher Tageszeitungen, treten zu dürfen. Vielleicht darf man aber vom Umfang der in den meinungsbildenden Blättern zum Thema gedruckten Zeilen nicht umstandslos auf das tatsächliche öffentliche Interesse schließen. Wie in der weniger beteiligten taz am 14. Februar geschehen, kann man die Debatte auch als Kampf der Redaktionen um die Lufthoheit im deutschen Wissenschaftsfeuilleton betrachten. Auch wenn das stimmt, muss nach dem Grund gefragt werden, warum gerade dieses Thema zum Gegenstand einer solchen Meinungsschlacht wurde, und danach, ob die Form ihrer Austragung den Stand der historischen Forschung hinreichend widerspiegelt.