Spezielle Antennenkonfigurationen erlauben es bei der thermischen MRT, Energie in ein lokales Zielgebiet zu fokussieren. (vgl. S. 27)
Physik Journal 4 / 2018
Meinung
Inhaltsverzeichnis
Aktuell
4/2018 • Seite 13
USA
Haushaltsentwurf für 2019 / NSF schließt Auslandsbüros / Arecibo gerettet / Trumps Nuklearstrategie
Leserbriefe
High-Tech
Im Brennpunkt
• 4/2018 • Seite 18Das wohltemperierte Revier
Neue Messungen und Analysen weisen auf eine felsige Struktur bei den Planeten des Sterns Trappist-1 hin. Die erdähnlichen Planeten könnten Atmosphären sowie flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche besitzen.
• 4/2018 • Seite 20Die unbekannte Dimension
Forschern ist es gelungen, den vierdimensionalen Quanten-Hall-Effekt experimentell zu simulieren und die zweite Chern-Zahl zu messen.
Bildung - Beruf
• 4/2018 • Seite 24„Hier ist jeder Tag wie eine Fortbildung.“
Der Physiker Volkmar Dietz ist als Ministerialrat im BMBF an forschungspolitischen Entscheidungen beteiligt.
Dr. Volkmar Dietz entschied sich am Ende seiner Promotion am Forschungszentrum Jülich für das VDI Technologiezentrum als Sprungbrett in die Industrie – und landete als Referent im heutigen Bundesministerium für Bildung und Forschung.
Warum haben Sie die Grundlagenforschung verlassen?
Während der Promotion habe ich gemerkt, dass ich in der Industrie angewandt forschen möchte. Ich wollte mich aber nicht auf eine Firma festlegen, sondern zuerst verschiedene kennenlernen. Ein Kollege hat mir das VDI Technologiezentrum als ideale Zwischenstation empfohlen.
Wieso das?
Anfang der 1990er-Jahre war das VDI Technologiezentrum Projektträger des damaligen Bundesministeriums für Forschung und Technologie. Dort wurden Ausschreibungen entwickelt, Anträge bearbeitet und die resultierenden Projekte betreut. Im Bereich Physikalische Technologien ging es beispielsweise um optimale Beschichtungen von Oberflächen. Bei meiner Arbeit wollte ich Kontakte zu Unternehmen knüpfen...
Überblick
• 4/2018 • Seite 27Eine heiße Sache
Thermische Magnetresonanz-Tomographie an der Schnittstelle zwischen Physik, Medizin und Biologie
Eine erhöhte Temperatur deutet auf eine Abwehrreaktion des Körpers hin – sei es lokal bei Entzündungsherden oder systemisch bei Fieber. Und auch in der Therapie findet Wärme Anwendung: Beispielsweise lassen sich Schmerzen mittels Infrarotbestrahlung lindern oder Tumore lokal durch Erwärmung behandeln. Hier ist eine Methode erforderlich, mit der sich die Wärme gezielt in den Körper einbringen lässt. Die sog. thermische Magnetresonanz-Tomographie bietet die einmalige Möglichkeit, die Wirkung der Temperatur im menschlichen Körper genau zu charakterisieren und im nächsten Schritt gezielt zu nutzen.
Die Temperatur ist ein physikalischer Parameter, der weitreichende biologische Implikationen besitzt und als messbare Größe in der Physiologie, Biophysik, Biologie und Medizin große Bedeutung hat. In der modernen Medizin kommen Temperaturreize bereits zum Einsatz: So dient Infrarotbestrahlung dazu, chronische Schmerzen zu lindern, beispielsweise bei der Fibromyalgie. In der Krebstherapie werden Tumore lokal mittels Erwärmung durch Ultraschall, Laser- oder Radiowellen behandelt. Doch trotz intensiver Forschung ist die genaue Wirkung der Temperatur immer noch ein Mysterium. Daher haben wir beim Verständnis, der Diagnose und in der Therapie lediglich einen Bruchteil des Potenzials ausgeschöpft.
Zwar lassen sich temperaturabhängige Prozesse unter Laborbedingungen in einzelnen Molekülen oder Zellen untersuchen. Doch in ihrem komplexen Zusammenspiel im menschlichen Körper sind die Temperaturmessung sowie der Temperaturreiz alles andere als trivial. Um die Rolle der Temperatur in biologischen Systemen zu verstehen und dieses Wissen in die klinische Diagnostik und Therapie zu überführen, ist somit eine nicht-invasive Methode nötig, mit der sich die Temperatur im menschlichen Körper modulieren und ihr Effekt charakterisieren lässt...
• 4/2018 • Seite 33Die Sonde aus der Antiwelt
Mit Positronen lassen sich Fehlstellen in Kristallen aufspüren und elektronische Strukturen bestimmen.
Innerhalb der letzten Jahre hat sich die Physik mit Positronen dank hoher Strahlintensitäten rasant entwickelt. Das führte sowohl in der Festkörperphysik als auch in der Grundlagenforschung zu zahlreichen neuen Erkenntnissen. Prominente Beispiele dieser Erfolgsgeschichte sind die Untersuchung von Hochtemperatur-Supraleitern und die Optimierung funktionaler Materialien für die Energietechnik und Spintronik.
Als Werner Heisenberg 1933 die Teilchenspuren betrachtete, die Carl David Anderson aufgenommen hatte, war er begeistert: „Wenn das Teilchen auf der Nebelkammeraufnahme wirklich das Dirac‘sche Positron war, so war damit das Tor zu einem ungeheuer weiten Land geöffnet.“ Heute ist das Tor nicht nur durchschritten, sondern auch das Neuland in weiten Teilen erkundet. Denn die Positronen aus der Antiwelt helfen dabei, Festkörper besser zu verstehen und Materialien beispielsweise für die Photovoltaik zu optimieren. Für die Grundlagenforschung sind Positronen als Antiteilchen der Elektronen in vielerlei Hinsicht interessant: Sie könnten gemeinsam sogar ein Bose-Einstein-Kondensat bei Raumtemperatur bilden.
Trifft das Positron ein Elektron, wird die gesamte Ruhemasse in Strahlungsenergie umgewandelt: E = 2m0c2 = 1022 keV. Bereits kurz nach der Entdeckung des „Anti-Elektrons“ zeigte sich, dass die Energie und die Richtungsabhängigkeit der Annihilationsquanten stark von der lokalen Umgebung des Annihilationsorts abhängen. Das gilt auch für die Lebensdauer der Positronen. Seit diese Prozesse gut verstanden sind, lässt sich aus den Zerstrahlungsparametern auf die Eigenschaften von Festkörpern schließen. Das Positron hilft durch seine außergewöhnlichen Sondeneigenschaften, die elektronische Struktur von Kristallen zu untersuchen und vorhandene Defekte zu charakterisieren. In jüngerer Zeit treten dabei Experimente mit polarisierten Positronen und die Entwicklung hochintensiver Positronenstrahlen in den Fokus...
Streifzug
Physik im Alltag
Menschen
Bücher/Software
DPG
4/2018 • Seite 52
Stabübergabe in Bad Honnef
Der Teilchenphysiker Klaus Desch löst Dieter Meschede als wissenschaftlichen Leiter des Physikzentrums Bad Honnef ab.
4/2018 • Seite 52
Wissenschaft verbindet
Die großen naturwissenschaftlich-mathematischen Fachgesellschaften in Deutschland rufen dazu auf, sich wieder am March for Science zu beteiligen.
• 4/2018 • Seite 53
Von DNA-Origami bis Gravitationswellen
Mit einer neuen Initiative stellt der Arbeitskreis Chancengleichheit (AKC) jede Woche eine Physikerin und ihr Forschungsgebiet vor.
• 4/2018 • Seite 54
Deutscher Vorentscheid zur studentischen Physik-Weltmeisterschaft
Im Dezember 2017 veranstaltete die DPG zum ersten Mal das German Physicists‘ Tournament.
