Die aktive Galaxie Centaurus A mit ihrem relativistischen Jet (vgl. S. 24, Bild: ESO / WFI; MPIfR / ESO / APEX / A. Weiss et al.; NASA / CXC / CfA / R. Kraft et al.)
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Physik Journal 1 / 2022
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Meinung
Aktuell
• 1/2022 • Seite 6 • DPG-Mitglieder
Mehr Sachlichkeit in der Krise!
Die Berichterstattung der BILD-Zeitung über Forscher:innen und Coronamaßnahmen hat zu Protesten aus der Wissenschaft und zu Beschwerden beim Presserat geführt.
• 1/2022 • Seite 7 • DPG-Mitglieder
Pläne, Pakte und Programme
Reaktionen auf die hochschul- und wissenschaftspolitischen Pläne der neuen Bundesregierung
• 1/2022 • Seite 10 • DPG-Mitglieder
Unvollständig gerankt
Das CHE-Masterranking 2021 beleuchtet erstmals die Zufriedenheit der Physik-Masterstudierenden an deutschen Hochschulen.
• 1/2022 • Seite 11 • DPG-Mitglieder
Maßgeschneidert im Nanomaßstab
In der turnusgemäßen Evaluierung wurde die Forschung am Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik in Berlin sehr gut bis exzellent bewertet.
• 1/2022 • Seite 12 • DPG-Mitglieder
Demnächst kreisen sie wieder
Nach dem Long Shutdown 2 laufen am Large Hadron Collider die letzten Vorbereitungen für den dritten Daten-Run mit Protonen und Ionen.
• 1/2022 • Seite 12 • DPG-Mitglieder
Ein Haus für die Physik
An der Universität Innsbruck wird ein „Haus der Physik“ entstehen, das 2028 eröffnen soll.
• 1/2022 • Seite 14 • DPG-Mitglieder
In die große weite Welt
In die große weite Welt Erstmals stellt ein Bericht umfassend dar, wie es um die Internationalität der Promotion an deutschen Hochschulen bestellt ist.
• 1/2022 • Seite 15 • DPG-Mitglieder
Studentinnen im Stress
Eine Umfrage zeigt, dass Studentinnen eher als ihre männlichen Kommilitonen unter den Einschränkungen durch die Corona-Pandemie leiden.
• 1/2022 • Seite 15 • DPG-Mitglieder
Jahr 2022 … die für Nachhaltigkeit forschen wollen
Die Vereinten Nationen haben 2022 zum Internationalen Jahr der Grundlagenforschung für nachhaltige Entwicklung ausgerufen.
• 1/2022 • Seite 16 • DPG-Mitglieder
Der Schubs gegen die Katastrophe
Die Dart-Testmission zur Asteroidenabwehr ist auf dem Weg zum Doppelasteroiden (65803) Didymos.
• 1/2022 • Seite 16 • DPG-Mitglieder
Der etwas andere Klimagipfel
Europäische und US-amerikanische Forschungszentren wollen ihre Kohlendioxid-Emissionen reduzieren.
High-Tech
Brennpunkt
Überblick
• 1/2022 • Seite 24 • DPG-MitgliederExtrem beschleunigend
Astrophysikalische Jets gelten als Quellen ultrahochenergetischer Strahlung und hochenergetischer Neutrinos.
Relativistische Plasmaströme oder „Jets“ treten in unterschiedlichsten astrophysikalischen Umgebungen auf und besitzen stellare bis galaktische Dimensionen. Mit modernen Teleskopen lassen sie sich im gesamten elektromagnetischen Wellenlängenbereich bis zu Energien von einigen TeV beobachten. Offen bleiben derzeit Fragen zu den grundlegenden Aspekten der Beschleunigungsmechanismen. Außerdem ist unklar, welche astronomischen Objekte mit Jets effiziente Teilchenbeschleuniger sind.
Astrophysikalische Jets sind kollimierte, bipolare, relativistische Plasmaströme. Als universelles Phänomen der Astrophysik treten sie in Verbindung mit Akkretion von Materie auf kompakte Objekte auf. Damit sind Objekte hoher Dichte gemeint, z. B. Schwarze Löcher, Neutronensterne oder Weiße Zwerge. Physikalische Prozesse in Jets sowie deren Einfluss auf ihre Umgebung spielen in der Astrophysik eine wichtige Rolle, beispielsweise in der Entstehung von Galaxien [1]. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf Aspekte der Hochenergiephysik: die Emission hochenergetischer Photonen, Neutrinos und geladener Teilchen sowie den Ursprung hochenergetischer kosmischer Strahlung. Letztere besteht aus einzelnen Atomkernen mit Energien bis zu 1020 eV. Das entspricht der kinetischen Energie eines Tennisballs beim Aufschlag, komprimiert in einem um 40 Größenordnungen kleineren Volumen. Die Vorhersage, dass diese extreme Teilchenbeschleunigung in Jets aktiver galaktischer Kerne (AGN) stattfindet, ist bereits 40 Jahre alt. Heute erlauben es Beobachtungen sowie detaillierte theoretische Modelle, die verschiedenen physikalischen Prozesse in Jets zu verstehen. (...)
• 1/2022 • Seite 31 • DPG-MitgliederSelbstgetriebene Teilchen
Aktive Kolloide zeigen neue Nichtgleichgewichtseffekte und weisen den Weg zu Mikrorobotern der Zukunft.
Aktive Materie besteht aus Bausteinen mit intrinsischem Antrieb und umfasst Systeme wie Bakterienkolonien, Fischschwärme und künstliche Mikroschwimmer. In diesem interdisziplinären Forschungsgebiet hilft die Physik, die selbstgetriebene Bewegung aktiver Partikel zu modellieren und ihr kollektives Verhalten im Nichtgleichgewicht zu verstehen und vorherzusagen. Die Erkenntnisse der Physik der aktiven Materie haben uns der Vision von Mikro-U-Booten, die Medikamente an Krebszellen liefern oder chirurgische Eingriffe vornehmen, näher gebracht.
inige Bakterien wie E. coli oder T. Majus erreichen Geschwindigkeiten von 10 oder sogar 100 Körperlängen pro Sekunde. Das schaffen selbst die schnellsten Motorboote kaum. Menschliche Schwimmer bewegen sich bestenfalls mit etwa 1,5 Körperlängen pro Sekunde fort. Doch wie schwimmen Bakterien überhaupt? Die Art, wie Menschen kraulen oder Fische und Muscheln schwimmen, setzt stets Trägheitseffekte voraus. Auf der Größenskala von Bakterien – also wenigen Mikrometern – erzeugt dies keinen Vortrieb. Hier dominieren viskose Kräfte, die mit der linearen Ausdehnung l der Teilchen skalieren. Sie sind um viele Größenordnungen stärker als Trägheitskräfte, die mit der Masse bzw. mit l3 skalieren. Die Flüssigkeit erscheint hierdurch für Bakterien sehr dickflüssig, vergleichbar damit, als müsste ein Mensch durch Honig schwimmen. Ohne Trägheit findet Bewegung nur statt, solange Kräfte wirken.
In der Konsequenz würde sich eine Muschel nach Schrumpfung auf die Mikroskala nicht mehr fortbewegen. Sie schwimmt, indem sie sich langsam öffnet und schnell wieder schließt, wobei sie Trägkeitseffekte in der Flüssigkeit erzeugt (Abb. 1a). Eine Mikromuschel würde, abgesehen von Fluktuationen, nur um einen festen Raumpunkt oszillieren, weil sich die wirkenden Kräfte beim Öffnen und Schließen reziprok verhalten. Um bei niedriger Reynolds-Zahl, dem Verhältnis von trägen zu viskosen Kräften, zu schwimmen, braucht es nicht-reziproke Bewegungen („Scallop Theorem“) [1]. (...)
