Physik Journal 7 / 2019

Cover

Vor 50 Jahren landete Apollo 11 auf dem Mond. Heute zieht es die Mondforscher zur erdabgewandten Seite, hier als topographische Karte des Lunar Reconnaissance Orbiter  (Bild: NASA's Goddard Space Flight Center / DLR / ASU und Revell GmbH, vgl. S. 26).


Ausgabe lesen

Meinung

Ingenieurmäßige Klimakontrolle?Ulrich Platt und Thomas Leisner7/2019Seite 3

Ingenieurmäßige Klimakontrolle?

Aktuell

Matthias Delbrück7/2019Seite 6

Europäische Licht-Irritationen

Maike Pfalz / BMBF / Fraunhofer7/2019Seite 7

Kommunizieren mit Quanten

DPG / Alexander Pawlak7/2019Seite 8

Warnung vor den Folgen des Klimawandels

Maike Pfalz7/2019Seite 8

Revidierter Plan S

Anja Hauck7/2019Seite 10

Technologien für die Praxis

Kerstin Sonnabend7/2019Seite 11

Untergrundlabor als Umweltgefahr?

Kerstin Sonnabend7/2019Seite 12

Kein Zuwachs bei der Flotte

Matthias Delbrück7/2019Seite 13

USA

Fly me to the moon … / Kongress sucht Rat / Material für die Zukunft?

Matthias Delbrück7/2019Seite 13

Hoch hinaus

Leserbriefe

Dr. Hans-Otto Carmesin7/2019Seite 14

Kontroverse Konstante

High-Tech

Michael Vogel7/2019Seite 16

Flüssige Gussformen / Echtzeit-Video per Terahertz / Autolicht mit Zusatzfunk­tion / Verlässlich gemessen

Brennpunkt

Zeitaufgelöst zu neuen BlitzstrukturenUte Ebert und Martin Füllekrug7/2019Seite 18

Zeitaufgelöst zu neuen Blitzstrukturen

Ein Exot mit GeheimnissenChristoph Langer7/2019Seite 20

Ein Exot mit Geheimnissen

Bildung und Beruf

Porträt: „Es schlagen zwei Herzen in  meiner Brust.“Anja Hauck7/2019Seite 22

Porträt: „Es schlagen zwei Herzen in meiner Brust.“

Als Bundestrainer bereitet der promovierte Physiker Urs Stöcker die deutschen Kletterer auf die Olympia-Premiere im kommenden Jahr vor.

Dr. Urs Stöcker (42) hat Physik an der ETH Zürich studiert und dort im Fachgebiet Biomechanik promoviert. Anschließend arbeitete er zwei Jahre als Postdoc und Privatdozent. Nach Stationen als Softwareentwickler und Trainer des schweizer Kletterkaders betreut er seit 2017 als Bundestrainer das deutsche Nationalteam im Klettern.

Sie waren Physikdozent an der Hochschule und arbeiten heute als Klettertrainer – wie kam das?
Ich habe schon während des Studiums angefangen, als Trainer zu arbeiten und Gruppen zu unterrichten. In der Schweiz habe ich dann den Landeskader trainiert. Dabei habe ich gemerkt, dass ich sehr gerne mit Menschen zusammenarbeite und dass das Trainieren neben der Physik meine Leidenschaft ist.  


Wollten Sie selbst Kletterprofi werden?
Alpinprofi zu werden habe ich mir kurzzeitig überlegt. Aber zum ­einen ist das Risiko dabei sehr hoch und zum anderen war es mir wichtiger, als Trainer im Sport mein Wissen weiterzugeben.


Was reizt Sie daran?
Die Leistung und ihre Messbarkeit. Entweder hat man Erfolg oder nicht. Die Athleten müssen auf den Punkt genau fit sein. Das geht nur mit extrem akribischer Planung. Nach jedem Wettkampf machen wir Analysen, um zu schauen, was wir beim nächs­ten Mal noch verbessern können...

 

weiterlesen
Die Promotion in der PhysikGert-Ludwig Ingold und Georg Düchs7/2019Seite 48

Die Promotion in der Physik

Eine DPG-Studie beleuchtet die Bedingungen, unter denen Doktorarbeiten in der Physik in Deutschland angefertigt werden.

Warum promovieren Physikabsolventinnen und -absolventen? Was sehen sie als Ziele und Aufgaben der Promotion? Wie sind ihre Arbeitsbedingungen? Wie empfinden sie ihre finanzielle Absicherung? Dies sind einige der Fragen, auf welche die neue DPG-Promo­tionsstudie Antworten gibt.

Zwölf Jahre sind seit der ersten DPG-Studie zur Promotion vergangen. Damals erregten die Bologna-Reform und die Einführung von Graduiertenkollegs die Gemüter. Die DPG bezog dazu differenziert Stellung. Mittlerweile stellen sich neue Herausforderungen. Die Forschung finanziert sich stärker als früher über befristete Drittmittel. Jährlich werden in Physik 1800 Promotionen abgeschlossen, also 50 Prozent mehr als vor zwölf Jahren. Gleichzeitig gab es Skandale um gefälschte oder abgeschriebene Doktorarbeiten. Auch Diskussionen über das exklusive Promotionsrecht von Universitäten schwelen seit Langem. Gerne hat die DPG daher die Anregung der Konferenz der Fachbereiche Physik aufgenommen, eine neue Studie zur Situation der Promotion in der Physik in Deutschland zu erarbeiten. Diese Studie ist Ende März erschienen.#) Sie bezieht nicht Stellung in den verschiedenen aktuellen Debatten, sondern liefert empirische Daten – dies aber natürlich in der Hoffnung, damit eine solide Basis für weitere Diskussionen zu legen.


Die Studie beruht auf der Analyse aller Physik-Promotionsordnungen, einer Expertenumfrage unter 24 repräsentativ ausgewählten Professorinnen und Professoren sowie, in der Hauptsache, auf einer von Januar bis März 2017 durchgeführten Online-Umfrage, an der sich 2009 Promovierende beteiligt haben. Dies dürfte ein gutes Viertel aller Physik-Promovierenden sein, womit die Umfrage auf einer beachtlichen empirischen Basis beruht. Ob sie im strengen Sinne repräsentativ ist, lässt sich nicht sagen, da die Grundgesamtheit aller Promovierenden weder erfasst noch charakterisiert ist. Die erhobenen Daten weisen aber darauf hin, dass die Verteilung auf jeden Fall hinsichtlich der bisherigen Promotionsdauer und des Geschlechts repräsentativ ist. Dagegen könnten ausländische Promovierende sowie Promovierende in der Industrie etwas unterrepräsentiert sein...

 

weiterlesen

Forum

„Apollo hat unseren Blick auf das Sonnensystem massiv verändert.“Alexander Pawlak7/2019Seite 26

„Apollo hat unseren Blick auf das Sonnensystem massiv verändert.“

Interview mit dem Planetologen Ralf Jaumann zur Mondforschung vor und nach Apollo 11

Am 21. Juli 1969 betrat Neil Armstrong als erster Mensch den Mond. Mit Apollo 11 hatten die USA die Sowjetunion in der Raumfahrt überflügelt. Doch das Ende des Wettrennens im Weltraum markiert gleichzeitig eine neue Ära der Erforschung des Mondes und des Sonnensystems.

Welche Erinnerung haben Sie an die erste Mondlandung?
Damals war ich 15 und auf einem Internat. Die Live-Übertragung durften wir nicht sehen. Doch unser Direktor hat die Bedeutung des Ereignisses erkannt und gab uns schulfrei, damit wir am nächsten Morgen die Wiederholung sehen konnten.

Hat das Ihre akademische Laufbahn beeinflusst?
Für mich war vorher schon klar, dass ich etwas Natur­wissenschaftliches machen wollte. Die Mondlandung passte zwar gut dazu, war aber letztlich nicht ausschlaggebend dafür, dass ich in der Planetenforschung gelandet bin.

Wie ergab sich das?
Nach meinem Geologiestudium sah es jobmäßig nicht so gut aus. Da ich mich nicht mit dem Gedanken anfreunden konnte, mein Leben auf einer Bohrinsel zu verbringen oder nach Metallen zu schürfen, habe ich eine Promotionsstelle gesucht. Die gab mir die Gelegenheit, mich mit dem Mond zu beschäftigen und ihn ausgiebig von Hawaii aus mit dem Teleskop zu beobachten...

weiterlesen
Elementare EinzelgängerKerstin Sonnabend7/2019Seite 30

Elementare Einzelgänger

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften superschwerer Elemente lassen sich mit wenigen Atomen bestimmen.

Einige chemische Elemente des Periodensystems tragen ihren Namen, um berühmte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu ehren, beispielsweise Meitnerium oder Mendelevium. Auch Länder und Städte sind als Namensgeber beliebt. Wie aber schafften es das deutsche Bundesland Hessen und das 150 000 Einwohner zählende Darmstadt, einen Platz in dem mittlerweile 150 Jahre alten Symbol der Naturwissenschaften zu ergattern?

Die Antwort darauf findet sich im Norden von Darmstadt. Wenige Kilometer östlich des Stadtteils Wixhausen befindet sich das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung. Als einziges Beschleunigerzentrum weltweit kann „die GSI“ mit ihren Anlagen jedes auf der Erde vorkommende Element als Ionenstrahl beschleunigen. Damit gelang es in den 1980er- und 1990er-Jahren, sechs superschwere Elemente erstmals nachzuweisen. Zwei davon – Hassium und Darmstadtium – erinnern an den Ort ihrer Entdeckung. Heute bleibt es in Darmstadt bei der Forschung zu superschweren Elementen nicht bei deren Nachweis, sondern es geht um ihre Physik und Chemie.


Die schwersten Elemente, die in der Natur vorkommen, sind Thorium und Uran mit den Ordnungszahlen 90 und 92 sowie Spuren von Plutonium. Streng genommen handelt es sich dabei um radioaktive Elemente, die kein stabiles Isotop besitzen. Allerdings betragen die Halbwertszeiten der langlebigsten Isotope 232Th und 235U mehrere Milliarden Jahre, sodass sie im Vergleich zum Alter des Sonnensystems als nahezu stabil gelten können. Davon ausgehend entstehen beispielsweise in Kernreaktoren durch den Einfang von Neutronen und Betazerfälle die Actinoide bis Fermium (Ordnungszahl 100). Hier verhindert die so genannte Spaltbarriere, dass weitere schwerere Elemente entstehen: Bei allen bisher bekannten Fermium-Isotopen treten Kernspaltung oder Alphazerfall schneller auf als der Betazerfall, bei dem sich ein Neutron in ein Proton umwandelt...

 

weiterlesen

Überblick

Schrödingers KatzenfutterAlexander Streltsov, Hermann Kampermann und Dagmar Bruß7/2019Seite 35

Schrödingers Katzenfutter

Wie sich quantenmechanische Eigenschaften als Ressource beschreiben lassen

Quantenmechanische Effekte, die lange rätselhaft oder paradox erschienen, finden mittlerweile Anwendung in Quanteninformationsprotokollen und Quantentechnologien. Fundamentale Eigenschaften wie Kohärenz oder Verschränkung lassen sich als Ressource verstehen. So genannte Ressourcentheorien sollen mit einer einheitlichen Sichtweise helfen, die quantenmechanischen Ressourcen zu quanti­fizieren und ihre Erzeugung oder Umwandlung zu beschreiben.

Seit der Entstehung der Quantenmechanik bieten ihre Eigenschaften Anlass für kontroverse Diskussionen, insbesondere im Zusammenhang mit der Verschränkung (EPR-Paradoxon, „spukhafte Fernwirkung). Die Sicht auf solche Phänomene hat sich spätestens mit der Entwicklung von Quanteninforma­tionsprotokollen in den 1990er-Jahren geändert: Verschränkung gilt nun als Ressource, mit der sich beispielsweise Quantenteleportation durchführen und Kommunikation sicher verschlüsseln lässt bzw. die Algo­rithmen ermöglicht, die schneller als jeder bekannte klassische Algorithmus sind. Auch die Reinheit oder Kohärenz von Quantenzuständen spielt hier eine wichtige Rolle.


Welches Protokoll welche Ressource benö­tigt, ist individuell zu klären. In diesem Zusammenhang stellen sich übergreifende Fragen: Wie beschreibt man eine Ressource quantitativ? Wie verändert sie sich unter relevanten Transformationen des Quantensystems? Welche Relationen gibt es zwischen verschiedenen Ressourcen, die im selben Quantenzustand vorliegen? Diese abstrakt klingenden Fragen wirken sich direkt auf die experimentelle Umsetzung aus: Quantentechnologien bringen nur dann einen Vorteil gegenüber klassischen Technologien, wenn gewisse Schwellenwerte der Ressourcen erreicht werden, die sich wiederum in konkrete Performance-Anforderungen an Bauelemente von Quantenschaltkreisen und -netzwerken übersetzen lassen...

 

weiterlesen
Empfindlich und robustRobert Klanner7/2019Seite 43

Empfindlich und robust

Halbleiter-Photovervielfacher sind auf dem Vormarsch zu neuen Anwendungen.

Die Messung einzelner Photonen mit einer Zeitauflösung von einer Nanosekunde und genauer findet zahlreiche Anwendungen in Forschung, Medizin und Wirtschaft. Beispiele sind Kalorimeter in Hochenergiephysik-Experimenten, Kameras für Cherenkov-Teleskope zur Untersuchung kosmischer Röntgenquellen, die Positronen-Emissions-Tomographie, LIDAR für Umweltanalysen oder die Quantenkommunika­tion. Bisher wurden hierfür meist klassische Vakuum-Photovervielfacher eingesetzt. Seit etwa zehn Jahren werden sie immer mehr durch Photovervielfacher auf Halbleiterbasis, insbesondere Silizium, ersetzt. Solche Photovervielfacher mit integrierter CMOS-Elektronik eröffnen gänzlich neue Anwendungsmöglichkeiten.

Das menschliche Auge, einschließlich der Informationsverarbeitung im Gehirn, ist ein nahezu perfekter Photodetektor, der in mehrfacher Hinsicht nahe an den physikalisch möglichen Grenzen arbeitet. Eine große Herausforderung ist es, Photodetektoren zu entwickeln, die auch nur annähernd die Eigenschaften des Auges erreichen und Photonen ähnlich sensitiv registrieren können. Die in diesem Artikel beschriebenen Detektoren stellen einen großen Fortschritt auf diesem Forschungsgebiet dar.


Bis vor etwa 20 Jahren kamen für die Messung einzelner Photonen fast ausschließlich klassische Vakuum-Photo­vervielfacher (PMT) zum Einsatz. Diese bestehen aus einem evakuierten Glaskolben, in dem Metall-Dynoden eingebaut sind, die mit einem photoempfindlichen Material mit geringer Austrittsarbeit für Elektronen bedampft sind. Photonen treffen durch das Eintrittsfenster auf die Photokathode. In dieser lichtempfindlichen Schicht lösen sie Elektronen aus, die in einem hohen elektrischen Feld beschleunigt und auf die erste Dynode geschossen werden. Dort löst jedes Elektron weitere Elektronen aus, die anschließend in weiteren Dynoden vervielfacht werden. Dies ermöglicht Verstärkungsfaktoren von 106 und mehr bei einer Nachweiswahrscheinlichkeit für Photonen von bis zu etwa 30 Prozent und einer Zeitauflösung von etwa einer Nanosekunde...

 

weiterlesen

Physik im Alltag

Wo Tomaten wachsen und reifenUlrich Kilian7/2019Seite 52

Wo Tomaten wachsen und reifen

Im Gewächshaus lässt sich die Temperatur optimieren.

Menschen

7/2019Seite 54

Personalien

7/2019Seite 59

Nachruf auf Rudolf Böttner

7/2019Seite 60

Nachruf auf Dankward Schmid

Kerstin Sonnabend7/2019Seite 61

„Manches lässt sich einfach nicht komplett lösen.“

Interview mit Sven Jandura

Rezensionen

Alexander Pawlak7/2019Seite 62

Schwerpunkt: 50 Jahre Mondlandung

James Donovan: Apollo 11 / Eugen Reichl und Dietmar Röttler: Mondwärts / Ben Moore: Mond. Eine Biografie / Mark Holborn: Sun and Moon

Maike Pfalz7/2019Seite 64

Sheddad Kaid-Salah Ferrón und Eduard Altarriba: Professor Albert und das Geheimnis der Quantenphysik

Birgit Niederhaus, Eppstein-Bremthal7/2019Seite 64

Holm Gero Hümmler: Verschwörungs­mythen. Wie wir mit verdrehten Fakten für dumm verkauft werden.

DPG

DPG7/2019Seite 15

Forschung – Entwicklung – Innovation XLIV

DPG7/2019Seite 24

Dissertationspreise 2020

7/2019Seite 42

Physikschule: Methods of Path Integration in Modern Physics

7/2019Seite 65

Physikschule: Physics and Astrophysics of Gravi­tational Waves

Linus Kemme7/2019Seite 66

Von der Stahlplatte zum Luxusliner

Timo Eckstein7/2019Seite 66

Wir sind Weltmeister

Samuel Ritzkowski7/2019Seite 67

Optik in Jena

7/2019Seite 68

Wahl einer Ombuds­person / Niederschrift der Ordentlichen Mitgliederversammlung 2019

7/2019Seite 71

Early Career Award

7/2019Seite 72

Ausschreibung WEH- Klausurtagungen

Tagungen

Christina M. Thiele und Peter R. Schreiner7/2019Seite 73

Physical Organic Chemistry: Recent developments in instrumentation, structure, theory, and mechanisms

691. WE-Heraeus-Seminar

Eva Hackmann und Wolfgang Duschl7/2019Seite 73

Accretion in Strong Gravity

689. WE-Heraeus-Seminar

Walter Pfeiffer und Mario Agio7/2019Seite 73

Ultrafast Quantum Phenomena in the Near Field

692. WE-Heraeus-Seminar

Claudius Rosendahl7/2019Seite 74

Atmospheric Physics: Experiment meets Modelling

Bad Honnef Physics School

Friedemann Reinhard, Elke Neu-Ruffing, Jörg Wrachtrup7/2019Seite 74

Diamond Quantum Technologies

693. WE-Heraeus-Seminar

Harald Krüger, Stefan Schütt und Frank Wieben7/2019Seite 74

Physics of Strongly Coupled Systems

Bad Honnef Physics School

7/2019Seite 75

Tagungskalender

Weitere Rubriken

7/2019Seite 76

Notizen

Aktuelle Ausgaben

6 / 2024

5 / 2024

4 / 2024

3 / 2024

2 / 2024

1 / 2024

weitere Ausgaben

Themen