Physik Journal 10 / 2022

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Der neue GraviTower Bremen Pro ermöglicht täglich fast tausend Experimente in Schwerelosigkeit. (Bild: ZARM / Universität Bremen, vgl. S. 22) 


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Meinung

Klimakrise in die Curricula!Prof. Dr. Susanne Heinicke, Prof. Dr. Dietmar Hötteck, Prof. Dr. Thorid Rabe, Prof. Dr. Stefan Heusler, Prof. Dr. Rita Wodzinski und Michael Sach10/2022Seite 3

Klimakrise in die Curricula!

Die Schule muss für Klimabildung bei Kindern und Jugendlichen sorgen.

Aktuell

Alexander Pawlak10/2022Seite 6DPG-Mitglieder

GDNÄ: Austausch und Offenheit für die Wissenschaft

Die Gesellschaft Deutscher Naturforscher und Ärzte (GDNÄ) feierte ihr 200. Gründungsjubiläum.

Kerstin Sonnabend10/2022Seite 7DPG-Mitglieder

Vom Frieren beim Studieren

Die steigenden Strom- und Gaspreise zwingen die Universitäten zu Einsparungen. Der Präsenzbetrieb soll aber aufrecht erhalten bleiben.

Kerstin Sonnabend10/2022Seite 8DPG-Mitglieder

Auf dem Weg zur Wasserstoffrepublik

Der Bund und die Länder fördern verschiedene Projekte, um Wasserstoff nachhaltig zu erzeugen, zu speichern und zu transportieren.

Maike Pfalz / DLR10/2022Seite 10DPG-Mitglieder

Von Paderborn zurück nach Bordeaux

Erstmals nach zwei Jahren startete die Parabelflugkampagne der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR wieder von Bordeaux aus.

BMWK / BMUV / Alexander Pawlak10/2022Seite 11DPG-Mitglieder

Atomarer Winter?

Die Ergebnisse zum Test der Stromnetz-Stabilität in Deutschland liegen vor.

Kerstin Sonnabend10/2022Seite 12DPG-Mitglieder

Förderung detailliert analysiert

Der ERC präsentiert eine umfangreiche Analyse zu seiner Förderung im Rahmen von Horizon 2020.

Matthias Delbrück10/2022Seite 13DPG-Mitglieder

USA

Mit Argusaugen, Klimaschutz gerecht, Noch offenerer Zugang

Matthias Delbrück10/2022Seite 14DPG-Mitglieder

Durchsicht der Durchsicht

Eine Studie wertet die Qualität des Peer Review bei Publikationen aus.

Matthias Delbrück10/2022Seite 14DPG-Mitglieder

Halboffener Zugang

Eine internationale Studie untersucht die Verfügbarkeit von Open-Access-Angeboten.

High-Tech

Michael Vogel10/2022Seite 16DPG-Mitglieder

Eine saubere Sache; Langlebig leuchtend; Für die Echtzeitanalytik; Kompakt für Lidar

Brennpunkt

Mustergültige LichtsucherHolger Stark10/2022Seite 18DPG-Mitglieder

Mustergültige Lichtsucher

Algen richten sich nach dem Licht aus und zeigen dabei komplexe kollektive Muster.

Bildung und Beruf

„Mir ist es wichtig, aktiv zum  Klimaschutz beizutragen.“Anja Hauck10/2022Seite 20DPG-Mitglieder

„Mir ist es wichtig, aktiv zum Klimaschutz beizutragen.“

Annika Richter entwickelt Projekte, mit denen Kohlendioxid eingespart wird.

Annika Richter hat Physik in Konstanz und Energie­ingenieurwesen in Dänemark und Norwegen studiert. In ihrer Masterarbeit forschte sie an organischen Solarzellen. Seit 2019 arbeitet sie bei dem Unternehmen atmosfair, das Kohlendioxid-Kompensation für Flugreisen anbietet und mit dem Geld Projekte zu erneuerbaren Energien und Energieeffizenz im globalen Süden finanziert, also in Entwicklungs- und Schwellenländern („Global South“).

Forum

Forschung im FallturmMaike Pfalz10/2022Seite 22DPG-Mitglieder

Forschung im Fallturm

Am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation in Bremen finden seit mehr als 30 Jahren Experimente in Schwerelosigkeit statt.

Schon bei der Anfahrt über die Autobahn A27 ist er von Weitem sichtbar – der fast 150 Meter hohe Fallturm des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) in Bremen. Von der Abfahrt Horn-Lehe dauert es nur wenige Minuten, bis ich mein Auto vor dem imposanten Bauwerk, das im ansonsten flachen Bremer Umland alles überragt, parken kann. Der Fallturm ist zu einem Wahrzeichen für die Stadt Bremen geworden, um das herum sich ein ganzer Stadtteil angesiedelt hat, der zu einem großen Teil der Wissenschaft gewidmet ist. Hier finden sich Universitätsinstitute, das große Werk des Raumfahrtunternehmens OHB-System, Start-up-Firmen, das Science Center Universum Bremen oder auch das DLR-Institut für Weltraumsysteme.

Die Geschichte der Astronomie reicht in Bremen mehr als 200 Jahre zurück. Damals hatte Johann Schröter in Lilien­thal bei Bremen das zu der Zeit größte Teleskop auf dem europäischen Kontinent gebaut und in Bremen die erste Astronomische Gesellschaft der Welt gegründet. „So entwickelte sich Bremen folgerichtig in jüngerer Vergangenheit zu einer Stadt der Raumfahrt“, betont Claus Lämmerzahl, Leiter für Weltraumwissenschaften am ZARM und Professor an der Universität Bremen.
Das ZARM wurde 1985 für Forschung unter Weltraumbedingungen sowie die Untersuchung weltraumrelevanter Fragestellungen gegründet. Die Forschenden dort widmen sich der Strömungsmechanik, den Weltraumwissenschaften und der Raumfahrttechnologie. Sie entwickeln Technologien für den Einsatz in Raketen und Satelliten und führen Experimente unter Schwerelosigkeit durch. Möglich macht dies der Fallturm, der 1990 seinen Betrieb aufgenommen hat. Innerhalb des Turms befindet sich eine 120 Meter hohe, evakuierte Fallröhre, die von windbedingten Schwankungen des Außenturms entkoppelt ist. Am ZARM arbeiten mehr als hundert Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Ingenieurinnen und Ingenieure, technisches und administratives Personal sowie Studierende der Ingenieur- und Naturwissenschaften. (...)

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Überblick

Vierblättriger Vektorboson-KleeAndreas Hinzmann, Alexander Huss und Kristin Lohwasser10/2022Seite 27DPG-Mitglieder

Vierblättriger Vektorboson-Klee

Unter Einsatz neuer Analysemethoden ist der Nachweis seltener Ereignisse der Vektorboson-Streuung am Large Hadron Collider gelungen.

Wenn die Eichbosonen des Standardmodells der Teilchenphysik miteinander wechselwirken, könnten sich dabei Hinweise auf Physik jenseits der etablierten ­Theorie zeigen. Nun ist es mithilfe neuer Methoden bei der Datenanalyse erstmals gelungen, die Wechselwirkung zwischen vier Eichbosonen am Large Hadron Collider zu beobachten: die Vektorboson-Streuung. Dieser Meilenstein erlaubt es, den Higgs-Mechanismus tiefergehend zu verstehen.

unser gesamtes gegenwärtiges Wissen über Elementarteilchen und deren Wechselwirkungen. Mathematisch als Quantenfeldtheorie formuliert, macht es sehr konkrete Vorhersagen, die sich experimentell überprüfen lassen. Das Konstruktionsprinzip dieser erfolgreichen Theo­rie basiert auf Eichsymmetrien. Diese beschreiben die Wechselwirkung zwischen Elementarteilchen durch den Austausch zugehöriger Eichbosonen, die mit einer gewissen Stärke aneinander koppeln. Eichbosonen sind selbst Elementarteilchen mit einem Spin von 1; sie heißen daher auch Vektorbosonen. Als Beispiel beschreibt der Austausch von Photonen die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen elektrisch geladenen Teilchen. 
Die Forderung von Symmetrien schränkt die Theorie jedoch stark ein. So verbietet sie zunächst jegliche Massen für die Austauschteilchen der Wechselwirkungen − ein wortwörtlich massives Problem bei der Formulierung des Standardmodells in den 1950er- und 1960er-Jahren. Erst die Einführung eines neuen Quantenfeldes, des Higgs-Feldes, ermöglichte massive Austauschteilchen. Im mathematisch-theoretischen Jargon bricht das Higgs-Feld die Symmetrie spontan. Dieser mathematische Trick erlaubte es, die Exis­tenz massiver Vektorbosonen konsistent in das Modell zu integrieren. Die Prozedur ist als Higgs-Mechanismus bekannt und sagt ein Teilchen ohne Spin vorher: das Higgs-Boson. Vor zehn Jahren gelang es am Large Hadron Collider, dieses nachzuweisen; im Jahr darauf erhielten Peter Higgs und François Englert für ihre Vorhersage den Physik-Nobelpreis. (...)

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Unsichtbares sehenReinhard Noll10/2022Seite 35DPG-Mitglieder

Unsichtbares sehen

Die Laserspektroskopie revolutioniert die chemische Materialanalyse und hilft dadurch, Ressourcen zu schonen.

Aus welchen Bestandteilen sich ein Material zusammensetzt, ist mit bloßem Auge nur teilweise zu erkennen. Erst eine chemische Analyse offenbart die enthaltenen Elemente und Verbindungen sowie ihre Konzentra­tionen. Mit dieser Information lässt sich ein Material identifizieren, bewerten sowie über seine Verarbeitung und Verwendung entscheiden. Dieses Unsichtbare bereits in Sekundenbruchteilen berührungslos sichtbar zu machen, gelingt mittels Laserspektroskopie.

as Thema Ressourcenverbrauch ist mit Blick auf den Einsatz fossiler Energieträger allgegenwärtig. Im politischen Diskurs über die Energiewende nimmt der Aspekt Materialverbrauch meist nur eine nachrangige Position ein. Die Auswirkungen auf unsere Gesellschaft sind jedoch erheblich, da Industrieproduktion und Konsumgüter essenziell davon abhängen. Materialressourcen sind endlich, sie verknappen mit der Zeit, der Aufwand bei Gewinn und Transport steigt ebenso wie der Energiebedarf, um diese Prozesse anzutreiben. 
Unter Materialien verstehen wir hier vor allem Rohstoffe, Mineralien, anorganische und organische Werkstoffe und daraus hergestellte Halbzeuge (also vorgefertigte Rohmaterialien und Werkstücke) sowie Komponenten für Industrie- und Konsumgüter. Das Beispiel Rohstoffe zeigt die dramatische Entwicklung für Deutschland: 99,7 Prozent der Metallerze müssen importiert werden, bei Mineralien sind es 67 Prozent [1]. Dies bedingt Abhängigkeiten von den Erzeugern vor allem aus dem Asien-Pazifik-Raum. Regelmäßig bewertet die EU die Kritikalität von Rohstoffen in Bezug auf das Versorgungsrisiko und die wirtschaftliche Bedeutung [2]. Als kritisch gilt die Situation beispielsweise für Gallium, Kobalt, Lithium, Magnesium, Vanadium, seltene Erden, Platingruppen­metalle, Tantal, Titan und Wolfram.
Daher gilt es, die Gewinnung, Verarbeitung und das Recycling dieser Rohstoffe sowie anderer aus Primärstoffen synthetisierter Materialien zu optimieren. Für Aluminium­werkstoffe beträgt die globale Recyclingquote nur 42 bis 70 Prozent [3], bei Elektrokleingeräten sind es etwa 58 Prozent – der Rest geht in gemischten Müllfraktionen verloren, landet auf Deponien oder in Müllverbrennungsanlagen [4]. Verluste in den Materialrouten führen zu einem erhöhten Energieaufwand für die Primärgewinnung – bei Aluminium sind diese z. B. 20-fach höher als bei Sekundäraluminium. (...)

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Physik im Alltag

Der große HeizungstauschDenise Müller-Dum und Jens Kube10/2022Seite 40DPG-Mitglieder

Der große Heizungstausch

Wärmepumpen-Heizungen arbeiten in Kombination mit Solarenergie klimaneutral und unabhängig von fossilen Brennstoffen.

Menschen

10/2022Seite 42DPG-Mitglieder

Personalien

Karsten Buse, Mirco Imlau, Detlef Kip und Romano Rupp10/2022Seite 45DPG-Mitglieder

Nachruf auf Eckhard Krätzig

Werner Aeschbach, Ulrich Platt, John P. Burrows, Justus Notholt, Monika Rhein, Klaus Künzi, Christian von Savigny und Peter Schlosser10/2022Seite 46DPG-Mitglieder

Zum Tod von Wolfgang Roether

Johannes-Geert Hagmann, Ralf Hahn, Peter Heering, Klaus Hentschel, Dieter Hoffmann und Christoph Meinel10/2022Seite 47DPG-Mitglieder

Nachruf auf Christian Forstner

Alexander Pawlak10/2022Seite 48DPG-Mitglieder

„Letztes Jahr haben wir den Jackpot geknackt.“

Rezensionen

Dr. Ulrich Bleyer10/2022Seite 49DPG-Mitglieder

Ernst Peter Fischer: Wider den Un­verstand!

Dr. Tim Ruhe10/2022Seite 49DPG-Mitglieder

Martin Erdmann et al.: Deep Lear­ning­ for Physics Research

Alexander Pawlak10/2022Seite 50DPG-Mitglieder

Harald Zaun (Hrsg.): ­Expedition ins Sternenmeer

DPG

10/2022Seite 26DPG-Mitglieder

Ein Tag vor Ort: Laborbesichtigungsprogramm

Tagungen

Patrick Sudowe und Christoph Dehne10/2022Seite 51DPG-Mitglieder

Quantenphysik in der Schule

DPG-Lehrerfortbildung

Prof. Dr. Holger Stark10/2022Seite 51DPG-Mitglieder

Artificial and Intelligent ­Living Matter

Erice WE-Heraeus Workshop

Prof. Dr. Johannes Grebe-Ellis10/2022Seite 51DPG-Mitglieder

DPG-Lehrerfortbildung Der quantenmechanische Messprozess, etwa bei Superposition und Verschränkung, deutet laut Einstein auf die Nichtlokalität der Quantenmechanik hin, von deren Unvollständigkeit er bis zuletzt überzeugt war: Die Quantenmechanik sollte i

Klausurtagung

Prof. Dr. Gertrud Zwicknagl10/2022Seite 52DPG-Mitglieder

Fermi Surface, Novel Quantum Phases, and Superconductivity in Strongly Correlated Electrons Systems

Les Houches – WE-Heraeus School

Dr. Andreas Fuhrer und Prof. Dr. Guido Burkard10/2022Seite 52DPG-Mitglieder

Charge Noise in Semicon­ductor Spin Qubits

WE Heraeus Fast Track Workshop

Dr. Andreas Ketterer und Dr. Roope Uola10/2022Seite 52DPG-Mitglieder

Quantum Measurement Theory: Foundations and Applications

741. WE-Heraeus Seminar

10/2022Seite 53DPG-Mitglieder

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