Physik Journal 3 / 2023

Cover

Bei einer Blüte erscheint im UV-Licht der Bereich um die Staubblätter deutlich größer als im sichtbaren Licht. (Bilder: Michael Vollmer, vgl. S. 28)


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Meinung

Über Grenzen hinwegJürgen Mlynek3/2023Seite 3

Über Grenzen hinweg

Die Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung weitet ihre Förderaktivitäten ­international aus.

Aktuell

Monika Bessenrodt-Weberpals, Andreas Böttcher, Cornelia Denz, Ulrich Eckern, Mathias Getzlaff, John Luke Ingleson, Gereon Niedner-Schatteburg, Agnes Sandner und Lutz Schröter3/2023Seite 6DPG-Mitglieder

Vielfalt in der Sprache

Empfehlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft zur geschlechter- und diversitätssensiblen Sprache

Maike Pfalz3/2023Seite 7DPG-Mitglieder

Maßnahmen gegen den Mangel

Der Lehrkräftemangel stellt laut aktuellem Schulbarometer für die Schulleitungen derzeit die größte Herausforderung dar.

Anja Hauck / U zu Köln3/2023Seite 8DPG-Mitglieder

Mehr Platz für die Physik

Der Laborneubau für die Physikalischen Institute an der Universität zu Köln wurde Anfang Februar eröffnet.

Alexander Pawlak / BMBF / WiD3/2023Seite 10DPG-Mitglieder

Vom Urknall bis zur Lichtverschmutzung

Das Wissenschaftsjahr 2023 ist der Erforschung unseres Universums gewidmet.

Stefan L. Wolff3/2023Seite 12DPG-Mitglieder

Gedenktafel für NS-Opfer Alfred Byk

In Berlin wurde eine Stele für das ehemalige DPG-Mitglied eingeweiht.

Universität Jena / Alexander Pawlak3/2023Seite 12DPG-Mitglieder

Dem Vergessen entrissen

Kerstin Sonnabend3/2023Seite 14DPG-Mitglieder

Vernetzte Quantenkommunikation

Das BMBF finanziert ein Schirmprojekt zur Quantenkommunikation, um Akteure aus Forschung und Industrie zusammenzubringen.

Maike Pfalz / Wissenschaftsrat3/2023Seite 14DPG-Mitglieder

Finanzierung neu justieren

Der Wissenschaftsrat hat ein Positionspapier zur Forschungsfinanzierung an Hochschulen vorgelegt.

Kerstin Sonnabend3/2023Seite 15DPG-Mitglieder

Noch mehr Molekülkino

Am European XFEL erlaubt es ein neues Spektrometer, Gasmoleküle bei Strukturveränderungen zu filmen – und der Bau des Besucher- und Konferenzzentrums hat begonnen.

Kerstin Sonnabend3/2023Seite 15DPG-Mitglieder

Alle Zahlen fliegen hoch

Zwei Jahre nach dem Start von Horizon Europe lässt sich eine erste positive Bilanz ziehen.

Matthias Delbrück3/2023Seite 16DPG-Mitglieder

Quanten für Kanada

Ein Expertenteam stellt in einem Statusbericht die Möglichkeiten und die Notwendigkeit dar, Kohlendioxid abzuscheiden und zu speichern.

Matthias Delbrück3/2023Seite 16DPG-Mitglieder

Cleanup für die Atmosphäre

Ein Expertenteam stellt in einem Statusbericht die Möglichkeiten und die Notwendigkeit dar, Kohlendioxid abzuscheiden und zu speichern.

Matthias Delbrück3/2023Seite 18DPG-Mitglieder

USA: 30 Meter und kein Ende; Geschönte Daten

High-Tech

Michael Vogel3/2023Seite 20DPG-Mitglieder

Farben mit Struktur; Dämpfend und durchlässig; Energieautarker Gassensor; Schaltbare Aktivierung

Brennpunkt

Langjähriges Rätsel gelöstWilfried Nörtershäuser3/2023Seite 22DPG-Mitglieder

Langjähriges Rätsel gelöst

Das gemessene Verhältnis zweier Emissionslinien von vielfach geladenen Eisen-Ionen stimmt jetzt mit der theoretischen Vorhersage überein.

Existenz weiterhin fraglichThomas Schwetz-Mangold3/2023Seite 24DPG-Mitglieder

Existenz weiterhin fraglich

Die neuesten Ergebnisse der Experimente STEREO und BEST führen zu widersprüchlichen Aussagen bezüglich der Frage, ob es sterile Neutrinos gibt.

Lehre

Die Grenzen des AugesMichael Vollmer3/2023Seite 28DPG-Mitglieder

Die Grenzen des Auges

Mithilfe geeigneter Hilfsmittel lassen sich die Wahrnehmungsgrenzen des Auges überwinden.

Menschliche Augen weisen räumliche, zeitliche und spektrale Begrenzungen auf, welche die Wahrnehmung einschränken. Geeignete optische Geräte und Kameras helfen, diese zu überwinden und eine große Vielfalt an physikalischen Phänomenen für die Lehre zu erschließen.

Die Angaben zu den Anteilen an aufgenommener Information durch die menschlichen Sinnesorgane schwanken meist zwischen etwa 81 und 87 Prozent für die Augen, 10 bis 11 Prozent für die Ohren und dem Rest für schmecken, riechen und tasten. Das Produktmarketing macht sich dies gezielt zunutze. Offensichtlich ist für alle subjektiven Wahrnehmungen unserer Umwelt das Auge sehr wichtig; in Bezug auf räumliche und zeitliche Auflösung sowie spektrale Empfindlichkeit ist es jedoch eingeschränkt. Die dadurch entstehenden Wahrnehmungsgrenzen für physikalische Vorgänge und Objekte lassen sich durch geeignete optische Geräte mit – das Auge ersetzenden – Sensoren in Kamerasystemen überwinden (Abb. 1). Dies erhöht die Zahl beobachtbarer technischer und natürlicher Phänomene und den daraus gewonnenen Informationsgehalt deutlich. Da entsprechende Kameras relativ preiswert sind und sich damit viele einfache Experimente erfolgreich demonstrieren lassen, kann ein gezielter Einsatz die Lehre der Physik an Schulen und in einführenden Vorlesungen an Hochschulen bereichern und den Einstieg in verwandte Gebiete wie die Infrarotastronomie vorbereiten. (...)

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Forum

„Der Krieg stellt eine Zäsur dar.“Maike Pfalz3/2023Seite 34

„Der Krieg stellt eine Zäsur dar.“

Interview mit Helmut Dosch, dem Vorsitzenden des DESY-Direktoriums

Nach Beginn der Kriegshandlungen in der Ukraine am 24. Februar 2022 haben viele Länder und Forschungsorganisationen oder auch Gesellschaften wie die DPG die Zusammenarbeit mit russischen Einrichtungen abgebrochen. Auch das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY mit den beiden Standorten in Hamburg und ­Zeuthen hat die Kooperationen mit russischen und belarussischen Instituten ausgesetzt. Betroffen davon waren mehr als 25 Kooperationsprojekte und -beziehungen. Im Interview erläutert Helmut Dosch die Auswirkungen und Konsequenzen dieses Vorgehens.

Welche Schritte haben Sie nach Kriegsbeginn unternommen? 
Nach dem Überfall auf die Ukraine haben wir im DESY-Management schnell reagiert und im März einen eigenen Sanktionskatalog entworfen. Allgemein ging es darum, alle Kooperationen mit russischen Organisationen zu stoppen, obwohl das leider auch die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler betrifft. Der Katalog beinhaltet aber mehrere Aspekte.


Nämlich? 
Zunächst einmal alle Forschungskooperationen zu be­enden, aber auch gemeinsame Publikationen, an denen russische Organisationen beteiligt sind. Darüber hinaus beteiligen wir uns nicht an Konferenzen oder Workshops, an denen russische Organisationen mitwirken. Über kritische Publikationen entscheidet das Direktorium. Wir wollen unseren Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern nicht schaden, aber uns ist bewusst, dass solche Entscheidungen auch Kollateralschäden nach sich ziehen.  


Stehen Ihre Mitarbeitenden hinter diesen Entscheidungen? 
Natürlich gab es am Anfang Gesprächsbedarf, weil die Einschnitte gravierend waren. Außerdem ist DESY bekannt für Wissenschaftsdiplomatie. In Zeiten des Eisernen Vorhangs waren wir eines der wenigen Zentren mit Kooperationen, die unterhalb des politischen Radars stattfanden. Wir haben damals zur DDR, zu Russland oder Armenien viele Kontakte gehalten und die Forschenden dort unterstützt. Aber ein Angriffskrieg, wie Russland ihn seit Februar 2022 führt, ist etwas anderes. (...)
 

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Eine Struktur für StrukturenAlexander Pawlak3/2023Seite 39DPG-Mitglieder

Eine Struktur für Strukturen

Im Exzellenzcluster Structures der Universität Heidelberg geht es darum, die Entstehung und Rolle von Struktur in einem weiten Bereich von Naturphänomenen aufzudecken.

Vom interstellaren Staub bis zu Planeten, von Biomolekülen bis zu lebendem Gewebe, von den subatomaren Teilchen bis zum Universum … all das gehört zum Themenbereich des Exzellenzclusters „Structures“, der 2018 in der zweiten Förderlinie der Exzellenzstrategie bewilligt wurde. Thematisch breiter kann ein physikalischer Exzellenzcluster eigentlich nicht aufgestellt sein, so erscheint es auf den ersten Blick. Auf den zweiten Blick zeigt sich der Querschnittscharakter des Clusters, denn es geht darum, Strukturen zu finden, welche Phänomene der genannten Forschungsbereiche miteinander verbinden.

Basis des Clusters ist die enge Beziehung zwischen Mathematik und Physik sowie Computational und Data Sciences in Heidelberg, befördert unter anderem durch die Heidelberger Partnerschaft Mathematik-Physik, das interdisziplinäre Zentrum für wissenschaftliches Rechnen (IWR) und das European Institute for Neuromorphic Computing (EINC). Eine breit gefächerte Gruppe von Wissenschaftler:innen aller Karrierestufen traf sich in einem wöchentlichen „Jour fixe“, um diese Zusammenarbeit noch weiter auszubauen, und bildete so den Keim des Clusters STRUCTURES. Analysis, Geometrie und Topologie, universelle Konzepte und Methoden der theo­retischen Physik, moderne Algorithmik und innovative experimentelle Realisierungen für analoge Rechner werden im Cluster kombiniert, um konkrete Fragen der Strukturbildung und -erkennung quantitativ zu beantworten und unser allgemeines Verständnis emergenter Phänomene und Strukturen zu vertiefen.

„Das ist eine wirklich interdisziplinäre Sache“, sagt Manfred Salmhofer vom Institut für Theoretische Physik der Universität Heidelberg, einer der drei Sprecher des Clusters. Er forscht in den Bereichen theoretische und mathematische Physik sowie der Physik komplexer Systeme. „Ohne unser Zutun sind wir mittlerweile auf drei Fakultäten verteilt, denn 2021 wurde an der Universität ­eine ingenieurwissen­schaftliche Fakultät gegründet“. Deren Schwerpunkte liegen in technischer Informatik, wissenschaftlichem Rechnen, molekularer Biotechnologie und Pharmazie. (...)
 

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Überblick

Ausbau für mehr KollisionenOliver Brüning und Helmut Burkhardt3/2023Seite 45DPG-Mitglieder

Ausbau für mehr Kollisionen

Im Jahr 2029 soll die Luminosität des Large Hadron Collider durch ein weiteres signifikantes Upgrade deutlich steigen.

Der Large Hadron Collider (LHC) ist derzeit der weltweit größte und leis­tungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt. Er befindet sich in einem ringförmigen Tunnel mit knapp 27 Kilometern Umfang am CERN bei Genf. Der Tunnel stammt aus den 1980er-Jahren; von 1989 bis 2000 war dort der Large Electron-Positron Collider in Betrieb [1].

Zwei Größen bestimmen im Wesentlichen die Leis­tungsfähigkeit eines Beschleunigers für die Hoch­energiephysik: die erreichbare Kollisionsenergie und die Luminosität – ein Wert, der angibt, wie viele Kollisionen pro Fläche und Zeit auftreten können. Die Inbetriebnahme des Large Hadron Collider (Abb. 1) begann Ende 2009 mit einer Strahlenergie von 450 GeV. Mit dieser Injektionsenergie füllt das Super Proton Synchrotron (SPS) den LHC mit Protonenpaketen. Diese bewegen sich im Tunnel in umgekehrter Richtung in zwei Ringen, die einen Abstand von 19,4 Zentimetern besitzen (Abb. 2). An vier Kreuzungspunkten können die Teilchen nahezu frontal aufeinanderstoßen, wobei die doppelte Strahlenergie als Kollisionsenergie erreicht wird. Im März 2010 kollidierten am LHC Protonenstrahlen mit 2 × 3,5 TeV = 7 TeV, was den bisherigen Rekord von 1,96 TeV, aufgestellt am Tevatron des Fermilab (Illinois, USA), deutlich übertraf. 

Danach schritt am LHC die Leistungsfähigkeit schnell voran [2]: Für die höhere Luminosität sorgten mehr Teilchenpakete in den Ringen und kleinere Strahlgrößen an den Kreuzungspunkten. Das Tevatron stellte am 30. September 2011 den Betrieb ein; zu diesem Zeitpunkt lieferte der LHC bereits fast zehnmal mehr Luminosität als das Tevatron. Die erfolgreiche Beschleunigerentwicklung am LHC krönten die beiden großen Experimente ATLAS und CMS am 4. Juli 2012 durch den experimentellen Nachweis des Higgs-Bosons. (...)
 

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Licht treibt Materie anMichael A. Sentef3/2023Seite 51DPG-Mitglieder

Licht treibt Materie an

Kurze Laserpulse oder starke Licht-Materie-Kopplung können die Eigenschaften von Quantenmaterialien gezielt verändern.

Licht kann in sogenannter Quantenmaterie Phänomene wie Topologie, Supraleitung oder Metall-Isolator-Übergänge induzieren. Daraus entstehen an der Schnittstelle von Festkörperphysik und Quantenoptik neue Forschungsfelder, in denen statt starker Laserpulse nun starke Licht-Materie-Kopplung dazu dient, langlebige Zustände mit neuen Funktionalitäten zu erzeugen.

Aus wertlosen Metallen Gold zu machen – das ist ein alter Menschheitstraum. Ausgehend von den Alchemisten des Mittelalters kristallisierte sich daraus die wissenschaftliche Methode von Versuch und Irrtum, wodurch im 17. und 18. Jahrhundert die moderne Chemie aus der Alchemie entstand. Im 21. Jahrhundert hat das Gold seinen Status zugunsten neuer „Quantenmateria­lien“ eingebüßt, die einmal in grünen Technologien oder Quantenanwendungen zum Einsatz kommen sollen. Quantenmaterialien sind Festkörper, in denen es durch elektronische Korrelationen, Topologie oder beides interessante Phasendiagramme gibt. Diese Phasendiagramme enthalten thermische Materialzustände, die durch thermodynamische Variablen wie Druck, chemische Zusammensetzung oder Temperatur zu kontrollieren sind. 

Eine weitere Möglichkeit, um Materialzustände zu ändern, bieten Laserpulse. Im Gegensatz zu den Gleich­gewichtsphasendiagrammen bringt eine Laseranregung das Material jedoch weg vom thermischen Gleichgewicht, da der Laser dem System Energie zuführt. Die Idee von lichtgetriebenen Materialzuständen besteht nun darin, dass diese zusätzliche Energie auf kurzen Zeitskalen (1 Femtosekunde = 10–15 Sekunden) nicht das Material aufheizt, also die Temperatur erhöht, sondern etwa kohärent dessen elektronische Struktur verändert. Dadurch lassen sich neue Zustände stabilisieren, die im Gleichgewicht nicht existieren oder die sonst instabil wären. (...)
 

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Menschen

3/2023Seite 57DPG-Mitglieder

Personalien

3/2023Seite 62DPG-Mitglieder

Nachruf auf Ernst Schmutzer

Christian Spielmann (Dekan), Bernd Brügmann (Institutsdirektor), Gernot Neugebauer, Karl-Heinz Lotze, Andreas Wipf, Gerhard Schäfer, Reinhard Meinel

Harry Paul3/2023Seite 63DPG-Mitglieder

Erinnerungen an Ernst Schmutzer

Für IANUS: F. Friess, F. Fujara, M. Englert, A. Glaser, M. Kalinowski, M. Kütt, W. Liebert, K. Nixdorff, C. Pistner und J. Scheffran mit Zuarbeit für die ehemaligen ­Kern­physiker von H. Backe3/2023Seite 64DPG-Mitglieder

Zum Gedenken an Egbert Kankeleit

Dieter Lüst3/2023Seite 65DPG-Mitglieder

Nachruf auf Harald Fritzsch

Kerstin Sonnabend3/2023Seite 66DPG-Mitglieder

„Das ist kein Sprint, sondern ein Marathon.“

Rezensionen

Dr. Stefan L. Wolff3/2023Seite 67DPG-Mitglieder

Wolfgang L. Reiter: How Did Meyer Survive? Wie der ­Physiker Stefan Meyer die NS-­Diktatur überlebte

Alexander Pawlak3/2023Seite 67DPG-Mitglieder

Chris Hadfield: Die Apollo-Morde

Prof. em. Dr. Peter Bussemer3/2023Seite 68DPG-Mitglieder

Michael D. Gordin: Einstein in Bohemia

Physik im Alltag

Freier Blick auf unsere SonneMichael Vogel3/2023Seite 70DPG-Mitglieder

Freier Blick auf unsere Sonne

Um unser Zentralgestirn gefahrlos zu beobachten, braucht es spezielle Filter. Extrem schmalbandige Fabry-Pérot-Etalons ­machen sogar solare Gasausbrüche sichtbar.

DPG

3/2023Seite 26DPG-Mitglieder

Ausschreibung DPG-Preise 2024

3/2023Seite 38DPG-Mitglieder

Physik Jobbörse

3/2023Seite 44DPG-Mitglieder

Industrietag 2023

3/2023Seite 50DPG-Mitglieder

Leading for Tomorrow

Carina Kanitz, Karla Loida, Sabine ­Rockenstein, Kirsten M. Florentine ­Weber und Olivia Noack3/2023Seite 72DPG-Mitglieder

„Was hast Du am 9. November 1989 gemacht?“

Fünf Physikerinnen bereicherten während des Falling Walls Summit 2022 das Female Science Talents ­Programm.

Ulrike Böhm, Beate Klösgen, Milada Margarete Mühlleitner und Agnes Sandner3/2023Seite 72DPG-Mitglieder

Zu Gast in Karlsruhe

Ende November 2022 fand die Deutsche Physikerinnentagung endlich wieder in Präsenz statt.

Theoworkshop Orgateam3/2023Seite 74DPG-Mitglieder

„Wer Hilbert-Raum sagt, kommt in den Keller!“

Theorieinteressierte lernten Quanteninformation mit und ohne Quantenmechanik.

3/2023Seite 76DPG-Mitglieder

4. DPG-Forum: Wissens- und Technologietransfer im Dialog

3/2023Seite 81DPG-Mitglieder

Lehrerfortbildungen 2023

Tagungen

Angela Wittmann und Oleksandr Pylypovskyi3/2023Seite 77DPG-Mitglieder

Re-thinking Spintronics: From Unconventional Ma­terials to Novel Technologies

Carmen Herrmann und Jonas Fransson3/2023Seite 77DPG-Mitglieder

Towards Comprehension of Chiral Induced Spin Selec­tivity

Jürgen Janek und Christof Schulz3/2023Seite 77DPG-Mitglieder

Materials and Energy – New directions for the ­„Energiewende“

Andreas Fuhrer, Stefan Filipp, Frank Wilhelm-Mauch und Maud Vinet3/2023Seite 78DPG-Mitglieder

Coping with Errors in ­Scal­able Quantum ­Computing Systems

Axel Pelster und Carlos Sá de Melo3/2023Seite 78DPG-Mitglieder

Ultracold Quantum­ Matter: Basic Research and Applications

Konstantin Herbst, Frederic Effenberger und Klaus Scherer3/2023Seite 79DPG-Mitglieder

From the Heliosphere to ­Astrospheres – Lessons for Exoplanets and their ­Habitability

3/2023Seite 80DPG-Mitglieder

Tagungskalender

Notizen

3/2023Seite 82DPG-Mitglieder

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