Physik Journal 7 / 2019

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...

 

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...

 

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...

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...

 

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...

 

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...