Physik Journal 6 / 2023

Cover

Polygonale Salzschollen mit einem Durchmesser von etwa einem ­Meter bedecken einen Großteil des Badwater Basin im Death ­Valley. (Bild: Adobe Stock / ­kojihirano, vgl. S. 18) 



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Meinung

Wissenschaft braucht VerlässlichkeitKlaus Mecke und Matthias Zimmermann6/2023Seite 3

Wissenschaft braucht Verlässlichkeit

Die DPG bezieht Stellung zur geplanten Novellierung des Wissenschafts­zeitvertragsgesetzes (WissZeitVG).

Aktuell

Maike Pfalz6/2023Seite 6DPG-Mitglieder

Visionäre Astronomie

Astronet hat einen strategischen Plan für die europäische Astronomie für die Jahre 2022 bis 2035 vorgelegt.

Anja Hauck6/2023Seite 7DPG-Mitglieder

Ein Haus für Einstein

Die Planungen für das Einstein Discovery Center in Ulm werden konkreter.

Anja Hauck / WR6/2023Seite 8DPG-Mitglieder

Qualität der Promotion

Der Wissenschaftsrat hat eine Stellungnahme zu einheitlichen Qualitätsstandards für die Promotion veröffentlicht.

Kerstin Sonnabend6/2023Seite 8DPG-Mitglieder

Weichenstellung im Ländle

Als Teil der Quantenstrategie Baden-Württembergs bringt das Netzwerk QuantumBW Akteure aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik zusammen.

Alexander Pawlak6/2023Seite 10DPG-Mitglieder

ChatGPT an der Uni?

Der Einsatz von generativer Künstlicher Intelligenz wird auch für Lehre und Studium diskutiert.

Maike Pfalz6/2023Seite 11DPG-Mitglieder

Zustimmung für Umrüstung

Das bayerische Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (STMWK) stimmt der Umrüstung des FRM II auf niedrig angereichertes Uran zu.

6/2023Seite 11DPG-Mitglieder

DFG: Neue Graduierten­kollegs

Anja Hauck6/2023Seite 12DPG-Mitglieder

Mondlandung fehlgeschlagen

Der japanische Mondlander Hakuto-R ist auf dem Mond abgestürzt.

Kerstin Sonnabend6/2023Seite 12DPG-Mitglieder

Seltsame Signale

Die britische Regierung präsentiert ein Förderprogramm als Alternative zum Beitritt zu Horizon Europe.

Kerstin Sonnabend6/2023Seite 13DPG-Mitglieder

Europaweit nachgefragt

Die Bewertung von Horizon 2020 und Horizon Europe fällt positiv aus.

Kerstin Sonnabend6/2023Seite 13DPG-Mitglieder

Indische Kopie

In Aundh entsteht mit LIGO-India ein identischer Gravitationswellendetektor wie in Hanford und Livingston.

Kerstin Sonnabend6/2023Seite 14DPG-Mitglieder

USA: Kernreaktoren der Zukunft; Applaus trotz Explosion

Leserbriefe

Dr. Anton Röhrmoser6/2023Seite 15DPG-Mitglieder

Kritische Umrüstung

Zu: Eine mögliche Umrüstung, Physik Journal, Januar 2023, S. 8

High-Tech

Michael Vogel6/2023Seite 16DPG-Mitglieder

Viel Strom, wenig Wärme; Selbstanordnung ausgenutzt; Strom für lau; Gedruckte Filter

Brennpunkt

Salzige FliesenRalf Stannarius6/2023Seite 18DPG-Mitglieder

Salzige Fliesen

Im Badwater Basin des Death Valley entstehen durch dichte­getriebene Konvektionsrollen regelmäßig geformte Strukturen.

Bildung und Beruf

„Ich habe gerne zwei Standbeine.“Alexander Pawlak6/2023Seite 20DPG-Mitglieder

„Ich habe gerne zwei Standbeine.“

Philipp Schrögel koordiniert und kommuniziert Forschung zur Apokalypse … und danach.

Nach seiner Diplomarbeit in Strahlen- und Medizinphysik wandte sich Philipp Schrögel dem Bereich der öffentlichen Verwaltung und Wissenschaftsvermittlung zu. Seit April 2021 koordiniert er am Käte Hamburger Kolleg für Apokalyptische und Postapokalyptische Studien (CAPAS) an der Universität Heidelberg einen Forschungsbereich und ist verantwortlich für die Wissen­schaftskommunikation.

Überblick

Sensorik mit NanofokusAndreas Tittl und Stefan A. Maier6/2023Seite 23DPG-Mitglieder

Sensorik mit Nanofokus

Spektral scharf auflösende Metaoberflächen erlauben neue Ansätze, um Biomoleküle präzise identifizieren und unterscheiden zu können.

Die Untersuchung molekularer Eigenschaften von Materie mit Licht bildet die Basis für viele Felder der Physik. Licht mittels nanophotonischer Ansätze extrem zu bündeln, ermöglicht die Untersuchung kleinster Mengen an Molekülen und hochempfindliche Sensoren. Eine neue Klasse spektral scharf auflösender Metaoberflächen hat zu neuen Ansätzen der Biosensorik geführt, von der gezielten molekularen Identifikation bis zu chipintegrierten Anwendungen für die medizinische Diagnostik.

Die Wechselwirkung von Licht mit Materie auf der Nanoskala ist für unsere Wahrnehmung entscheidend und prägt zahlreiche allgegenwärtige Effekte, etwa Leuchtdioden in Displays, Laser mit ihren Anwendungen in der Metrologie, Medizin oder optischen Abstandsbestimmung (LIDAR) oder Quanteninformation.

Noch unmittelbarer betrifft uns die optische Biosensorik, die sich mit der Wechselwirkung von Licht mit biologischen Molekülen beschäftigt, speziell in der medizinischen Diagnostik. Optische Biosensoren vereinen mehrere Vorteile [1]: Sie sind inhärent nichtinvasiv, können also Informationen über die innere Zusammensetzung biologischen Gewebes ermitteln, ohne in dieses eindringen zu müssen oder sogar damit in Kontakt zu kommen. Oftmals sind sie empfindlicher als elektrochemische oder mechanische Sensoren. Bedingt ist dies durch extrem genaue spektroskopische Messtechniken, um Lichtintensitäten und Wellenlängen zu bestimmen.

Nichtinvasive Messungen mit optischen Sensoren benötigen oft nur kurze Messdauern und haben einen hohen Probendurchsatz. Die gleichzeitige Messung verschiedener Wellenlängen bzw. Sensorelemente (Multiplexing) ermöglicht es, viele Proben parallel zu vermessen und damit komplexe bio­chemische Eigenschaften zu entschlüsseln. (...)

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Elektronen im SpiegelPaul V. Möllers und Helmut Zacharias6/2023Seite 31DPG-Mitglieder

Elektronen im Spiegel

Spinselektive Transmission von Elektronen in chiralen Systemen

Chiralität bedeutet, dass Teilchen nicht mit ihrem Spiegelbild zur Deckung zu bringen sind. Chirale Systeme, wie oligo-DNA-Moleküle oder Helicen, weisen eine spinabhängige Photoelektronen-Transmission auf und können somit als eine Art Spinfilter wirken. Damit eignen sie sich etwa für das Design organischer spintronischer Bauteile oder liefern wichtige Erkenntnisse über den Elektronentransfer in Biomolekülen.

Elektronen besitzen neben ihrer Ladung ein intrinsisches magnetisches Moment, das 1922 im Stern-Gerlach-Experiment nachgewiesen wurde. Dieses lässt sich auf eine quantenmechanische Eigenschaft des Elektrons zurückführen: Den Spin, der formal einem Eigen­drehimpuls entspricht. Er ist in zwei Werte sz = ± ħ/2 quantisiert. Der Spinvektor kann in alle drei Raumrichtungen zeigen; seine Projektion auf eine beliebig gewählte Quantisierungsachse nimmt jedoch immer den positiven (spin up, parallel) oder den negativen Wert (spin down, antiparallel) an. 1928 zeigte Paul Dirac, dass ein solcher Freiheitsgrad direkt aus der relativistischen Beschreibung der Elektronenbewegung im Atom folgt. Der Spin von Elektronen koppelt mit dem Bahndrehimpuls im Atom oder Molekül; die Kopplung wächst sehr stark mit der Kernladungszahl. 

Effekte, bei denen die Ausrichtung des Spins eine Rolle spielt, sind also eher nicht bei organischen Molekülen zu erwarten, die hauptsächlich aus leichten Atomen wie Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Dennoch weisen in jüngster Zeit viele Experimente an Filmen helikaler organischer Moleküle auf eine sehr hohe Spinpolarisation der durch sie transmittierten Elektronen hin. In Monolagen solcher Moleküle treten bei Raumtemperatur longitudinale Spinpolarisationen von 60 bis 80 Prozent auf. Was führt zu dieser überraschenden Beobachtung? 

Chirale Moleküle und Systeme gibt es bei identischem Aufbau in zwei Klassen, die durch Spiegelung nicht ineinander überführbar sind, den Enantiomeren (Infokas­ten). Sie machen einen großen Teil unserer natürlichen Umgebung aus. Alle biologischen Systeme auf der Erde nutzen nur genau eine Enantiomerenform der relevanten Moleküle, die meistens in Form von α-Helizes vorliegen. Bekannte Beispiele sind die DNA, Proteine, Peptide, Aminosäuren und Zucker. An Zuckerlösungen lässt sich in einem einfachen Experiment die Wirkung chiraler Moleküle und Strukturen auf linear polarisiertes Licht beobachten, dessen Polarisationsrichtung sich beim Durchgang dreht. (...)

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Physik im Alltag

Genaues Gehör gefragtDenise Müller-Dum und Jens Kube6/2023Seite 40DPG-Mitglieder

Genaues Gehör gefragt

Der Blutdruck lässt sich mit einer Reihe nicht-invasiver Messverfahren überwachen. Die zuverlässigsten Werte liefert nach wie vor eine Methode, die über hundert Jahre alt ist.

Menschen

6/2023Seite 42DPG-Mitglieder

Personalien

Maike Pfalz6/2023Seite 47DPG-Mitglieder

„Simple Lösungen für komplexe Probleme finden“

Produkte / Firmen

Wilhelm Kaenders, Alfred Leitenstorfer und Florian Tauser6/2023Seite 48DPG-Mitglieder

Gewinnbringende Kooperation

Der DPG-Technologietransferpreis 2023 würdigt den Transfer von Femtosekunden- Fasertechnologie von der Universität Konstanz zur TOPTICA Photonics AG.

Interview mit den diesjährigen Preisträgern des DPG-Techno­logietransferpreises6/2023Seite 50DPG-Mitglieder

„Die Akzeptanz gegenüber dem Bewährten muss immer hart erarbeitet werden.“

Im Interview beleuchten Alfred Leitenstorfer, Florian Tauser und Wilhelm Kaenders die Vorteile ihrer Zusammenarbeit.

DPG

6/2023Seite 22DPG-Mitglieder

Highlights der Physik in Kiel

6/2023Seite 30DPG-Mitglieder

Fachleitertagung

6/2023Seite 38DPG-Mitglieder

Dissertationspreise 2024

6/2023Seite 46DPG-Mitglieder

Physikerin der Woche

Carl Magnus Meier6/2023Seite 51DPG-Mitglieder

Rätsellösen in der Hauptstadt

Vom 31. März bis 2. April fand an der TU Berlin die Deutsche Olympiade im Physik-Probleme-Lösen Eifrig Rätselnder Studierender (DOPPLERS) statt.

Rezensionen

Paul Hoyningen-Huene6/2023Seite 52DPG-Mitglieder

Thomas S. Kuhn: The Last Writings of Thomas S. Kuhn

Kerstin Sonnabend6/2023Seite 52DPG-Mitglieder

Piero Martin: Maß für Maß

Alexander Pawlak6/2023Seite 53DPG-Mitglieder

Les Johnson: A Traveler’s Guide to the Stars

Tagungen

Tilman Kottke, Markus Sauer und Joachim Heberle6/2023Seite 54DPG-Mitglieder

Developments in Advanced Microscopy and Spectros­copy Methods for Medicine

780. WE-Heraeus Seminar

Sebastian Hofferberth, Klaus Mølmer und Thomas Pohl6/2023Seite 54DPG-Mitglieder

Quantum Control of Light

783. WE-Heraeus Seminar

Domenico Giulini, Claus Lämmerzahl und Dennis Philipp6/2023Seite 54DPG-Mitglieder

Time and Clocks

781. WE-Heraeus Seminar

Peter Braun-Munzinger, Frithjof Karsch und Krzysztof Redlich6/2023Seite 55DPG-Mitglieder

The QCD Phase Transition

786. WE-Heraeus Seminar

Robert Bauer6/2023Seite 55DPG-Mitglieder

Ende der Kreidezeit?

DPG-Lehrerfortbildung

6/2023Seite 56DPG-Mitglieder

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