Auch im Zentrum der nächstgelegenen aktiven Galaxie, Centaurus A, vermuten Astronomen ein gigantisches Schwarzes Loch. (Quelle: E. J. Schreier (STScI)/NASA)
Physik Journal 7 / 2003
Inhaltsverzeichnis
Aktuell
• 7/2003 • Seite 8
Deutsche Forschungsgemeinschaft: Wer wirbt die meisten Mittel ein?Sonderforschungsbereiche und Schwerpunktprogramme
• 7/2003 • Seite 11
USA
· Grünes Licht für neue Kernwaffen· Neuer Betreiber für Los Alamos· Pentagon will Forschungslabors schließen· Naturwissenschaftlicher Unterricht soll besser werden· Geld für Nanotechnologie
High-Tech
Im Brennpunkt
Leserbriefe
• 7/2003 • Seite 20
Die Praxis sieht anders aus
Zu ''Fast eine Nullrunde'' von Alexander Pawlak, Mai 2003, S. 7
• 7/2003 • Seite 20
Unterrichten lernen Lehrer nicht
Zu ''Fachlehrer ohne Fach'' von Konrad Kleinknecht, Mai 2003, S. 3, mit Erwiderung von Konrad Kleinknecht
• 7/2003 • Seite 20
Gesamtbilanz der Photovoltaik betrachten
Zu ''Die Solarzelle - Energie von oben'' von Ulrich Kilian, April 2003, S. 54
Frühjahrstagung
Preisträger
• 7/2003 • Seite 39
Von den Übergangsmetallen zur Spurformel
Der Ursprung des Magnetismus von Eisen, Kobalt und Nickel lässt sich bereits im Wasserstoff-Molekül erkennen. Dessen zwei Elektronen bewegen sich nach Hund frei, gehen sich aber gemäß Heitler und London im selben Atom aus dem Weg. Wie sieht nun eine Wellenfunktion für die vielen Elektronen im Nickel aus, die diese beiden Anforderungen erfüllt? Ist es möglich, das Spektrum von wenigen Elektronen in verschiedenen Umgebungen klassisch zu verstehen? Etwa das Wasserstoff-Atom in einem starken magnetischen Feld, die Doppel-Anregung im Helium-Atom, oder die elektromagnetischen Schwingungen in einem Hohlraum? Die Spurformel vermittelt eine direkte Beziehung zwischen den Energie-Niveaus (oder Resonanzen) und den klassischen, periodischen Bahnen, wobei man entweder auf Grund der periodischen Bahnen das Spektrum berechnen, oder das experimentelle Spektrum direkt auf die klassischen Bahnen zurückführen kann.
• 7/2003 • Seite 45
Massereiche Schwarze Löcher
Mit der adaptiven Optik in großen bodengebundenen Teleskopen sowie mit empfindlichen neuen Instrumenten für den Infrarotwellenlängenbereich ist es in den letzten Jahren gelungen, die Bewegung von Sternen im Zentrum unserer Milchstraße bis auf Skalen von zehn Lichtstunden zu verfolgen. Diese Messungen und insbesondere der Nachweis von Sternen auf Kepler-Bahnen um die kompakte Radioquelle SgrA* liefern einen überzeugenden Beweis, dass SgrA* ein massereiches Schwarzes Loch von etwa drei Millionen Sonnenmassen sein muss. Fast alle größeren Galaxien in unserer Nachbarschaft scheinen ebenfalls solche zentralen Schwarzen Löcher zu beherbergen. Diese massereichen Löcher sind bereits ein bis zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall entstanden bei Prozessen, die offenbar eng mit der Entstehung der Galaxien selbst verknüpft waren.
• 7/2003 • Seite 51
Was ist hart an der Weichen Materie?
Zur reichhaltigen Welt der Weichen Materie gehören Dispersionskolloide, Polymere, Tenside, Membranen und biologische Makromoleküle. Allen ist gemein, dass sie in einem Zustand zwischen fest und flüssig ''leben'' und auf der mesoskopischen Skala - zwischen Nano- und Mikrometern - Strukturen aufweisen. Deswegen reagiert Weiche Materie besonders empfindlich auf äußere mechanische Störungen. Hart an der Weichen Materie ist die Vorhersage ihrer makroskopischen Eigenschaften ausgehend von ihren mikroskopischen Bausteinen, da gleich zwei Brückenschläge zu meistern sind: zunächst von den mikroskopischen zu mesoskopischen und dann weiter zu den makroskopischen Längenskalen. Deswegen bezeichnet man Systeme der Weichen Materie auch als ''komplexe Flüssigkeiten''. Pfiffige Konzepte aus der statistischen Physik demonstrieren, dass ''komplex'' glücklicherweise nicht unbedingt ''kompliziert'' bedeutet.
• 7/2003 • Seite 57
Heavy quarks and leptons in particle physics
The concept of quarks and leptons as the basis for the understanding of the fundamental structure of matter and forces was established in the late sixties and early seventies, culminating in the discovery of the J/ψ particle in the so-called ''November revolution'' of 1974. This particle was subsequently interpreted as the bound state of a new heavy quark, the charm quark, and its antiparticle. The subsequent discovery of the heavy lepton, the τ, and the even heavier bottom and top quarks completed the picture of the fermion content of the Standard Model of particle physics.
• 7/2003 • Seite 61
Relativistische Quantendynamik in intensiven Laserfeldern
Mehrfach geladene Ionen in extrem starken Laserpulsen bilden ein relativ genau kontrollierbares Szenario der relativistischen Quantendynamik. Trotz der enormen Anziehungskräfte in Ionen lässt sich durch sehr intensive Laserfelder erreichen, dass ein Elektron mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit durch den Potentialberg des Ions heraustunnelt. Bei ähnlicher Größe der konkurrierenden Kräfte bewegt sich das Elektron daraufhin periodisch um den Kern. Die Wechselwirkung der hoch energetischen Elektronen mit dem Kern kann zur Emission von harter Röntgenstrahlung führen, die zudem aufgrund der Regelmäßigkeit der laser-induzierten Dynamik kohärent ist.
• 7/2003 • Seite 67
Atome und Moleküle unter Kontrolle
Der Wunsch, Atome und Moleküle durch Laserstrahlung zu manipulieren oder zu kontrollieren, ist fast so alt wie der Laser selbst. Heute lassen sich Atome und Moleküle mit Lasern in nahezu beliebigen Quantenzuständen oder deren Überlagerungen präparieren. Der Weg dahin war spannend. Über die in Kaiserslautern zurückgelegte Strecke wird in diesem Artikel berichtet.
• 7/2003 • Seite 73
Die Entwicklung von Galaxien auf kosmologischen Zeitskalen
Eine der fundamentalen Fragen der heutigen Astrophysik ist, wie aus dem außerordentlich homogenen, isotropen und einfachen Urplasma die heute beobachtete wunderbare Vielfalt von Galaxien entstehen konnte. Angesichts der kosmologischen Zeitskalen, auf denen sich Galaxien entwickeln, sind alle Beobachtungen Momentaufnahmen. Daher lassen sich nur im detaillierten Vergleich zwischen Beobachtungen und numerischen Modellen Entwicklungszusammenhänge verstehen und z. B. auf sog. tiefen Belichtungen unter den schwachen, entfernten, jungen Galaxien Vorläufer bestimmter Galaxientypen identifizieren, die wir heute in geringer Entfernung beobachten. Ein solches numerisches Modell, das erstmals die spektrale und die chemische Entwicklung von Galaxien gekoppelt auf kosmologischen Zeitskalen beschreibt, haben wir in meiner Arbeitsgruppe an der Universitätssternwarte Göttingen in den letzten Jahren entwickelt.
• 7/2003 • Seite 79
Metrologie im extrem-ultravioletten Spektralbereich
Um immer leistungsfähigere Schaltkreise in der Mikroelektronik zu realisieren, bedarf es Strahlungsquellen mit immer kleineren Wellenlängen, mit denen sich die winzigen Strukturen herstellen lassen. Eine aussichtsreiche Methode dafür ist die Projektionslithographie mit extrem-ultraviolettem Licht (EUV). Die Anforderungen für einen industriellen Einsatz sind jedoch enorm. Zunächst gilt es deshalb, die EUV-Quellen umfassend zu charakterisieren. Dabei erweist sich das Prinzip der Lochkamera als äußerst nützlich.
