European XFEL
Glaspanel-Packaging
Quantisierter Leitwert
Der Röntgenstrahl des European XFEL ist so intensiv, dass er genug Stickstoff in der Luft zum Leuchten bringt, um sichtbar zu werden (Bild: European XFEL / Jan Hosan, vgl. S. 22).
Vor 40 Jahren explodierte der Reaktorblock im Kernkraftwerk Tschernobyl. Durch den russischen Angriffskrieg gegen die Ukraine ist die Sicherheitslage schwieriger geworden.
In ihrem Jahresgutachten 2026 betrachtet die Expertenkommission Forschung und Innovation das europäische Forschungs- und Innovationssystem und Deutschlands Rolle darin.
Zehn der aktuell geförderten Einrichtungen der Exzellenzstrategie behalten ihren Exzellenzstatus.
Der erste europäische Quantencomputer in Deutschland geht in Betrieb.
Das IceCube-Observatorium in der Antarktis misst seit 16 Jahren hochenergetische kosmische Neutrinos. Nun wurde es mit neuen Sensoren aufgerüstet.
Der AI Impact Summit beschwört die Demokratisierung der Künstlichen Intelligenz, während über 120 Professorinnen und Professoren verbindliche Sicherheitsstandards einfordern.
Ein Stellarator soll die Kernfusion als Energiequelle erschließen – vom Demonstrator „Alpha“ hin zum Kraftwerk „Stellaris“.
Ein aus Deutschland vorgeschlagenes Förderinstrument soll EU-weit Forschungseinrichtungen zusammenbringen und den globalen Vergleich stärken.
Die Suche nach einem Platz für hochradioaktiven Atommüll endet nicht 2031.
UKRI stoppt die Mitarbeit bei LHCb und drei weiteren internationalen Großprojekten.
• 4/2026 • Seite 18 • DPG-MitgliederNeue Experimente vermitteln klangvolle Erkenntnisse beim altbekannten Haftgleiten.
• 4/2026 • Seite 22 • DPG-MitgliederEin Ausflug zu der brillantesten Röntgenstrahlquelle weltweit: dem European XFEL
Es ist ein bunt gemischter Haufen, der sich an diesem verregneten Wintertag im zentralen Gebäude auf dem Gelände des DESY in Hamburg-Bahrenfeld einfindet. Zusammen mit dem European XFEL hat das Forschungszentrum zu einer Pressereise eingeladen, die verspricht, die Anlagen des Freie-Elektronen-Lasers hautnah zu erleben. Die Gelegenheit ist günstig: Erstmals seit dem Start des Nutzerbetriebs 2017 gibt es eine Pause von sechs Monaten. Und so treffe ich auf Journalisten, die ihr Geld mit Podcasts verdienen oder in Newslettern wissenschaftliche Neuigkeiten für die Politik aufbereiten, aber auch Mitglieder von Kulturredaktionen. Einen so persönlichen Anknüpfungspunkt an die weltweit brillanteste Röntgenlichtquelle wie ich hat aber vermutlich keiner von ihnen.
Der European XFEL erstreckt sich auf einer Länge von 3,4 Kilometern. Seinen Ausgangspunkt hat er auf dem Gelände des DESY: An dessen nordwestlichem Rand befindet sich der Eingang zu einem Tunnel, der in einer Tiefe von 6 bis 38 Metern schnurgerade bis nach Schenefeld in Schleswig-Holstein führt. Der Tunnel selbst ist horizontal ausgerichtet, aber im platten Land um Hamburg sehr unterschiedlich mit Erdreich bedeckt. Um die ultrakurzen hochintensiven Röntgenblitze zu erzeugen, die unter anderem Forschende aus Physik, Medizin und Materialwissenschaften nutzen, braucht es zunächst einen Elektronenstrahl, der sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegt und in genau definierte Pakete, sogenannte Bunches, unterteilt ist. Dafür sorgt beim European XFEL ein supraleitender Linearbeschleuniger – eine Anlage, wie ich sie von meiner Promotion am Institut für Kernphysik der Technischen Universität Darmstadt bestens kenne, hier allerdings in völlig anderen Dimensionen.
Sicherheit an erster Stelle
Bevor unsere Gruppe die Tunnelanlage betreten darf, stehen aber noch einige Sicherheitsunterweisungen an. Zuerst erfahren wir, was es strahlenschutztechnisch mit einem Kontrollbereich auf sich hat – für mich als ehemalige experimentelle Kernphysikerin nichts Neues. Die Belehrung quittiere ich mit einer Unterschrift und erhalte eine Chipkarte für den Zutritt. Danach geht es um das Verhalten bei einem Notfall im unterirdisch gelegenen Beschleuniger: Hier gelten Regeln wie in einem Bergwerksstollen. Sollte während unseres Aufenthalts ein Feuer ausbrechen oder es aus anderem Grund zur Bildung von Rauch kommen, wären die Notausgänge zu weit entfernt, um sie ohne weitere Hilfsmittel zu erreichen. Obwohl dieses Szenario während Bau und Betrieb des European XFEL nie eingetreten ist, erklärt uns Sven Mohr vom Technischen Notdienst sehr routiniert und ruhig, was wir dann zu tun hätten. (...)
• 4/2026 • Seite 27 • DPG-MitgliederMit einem kleinen Experimentierset lässt sich der quantisierte Leitwert relativ leicht im Unterricht demonstrieren.
Quantenmechanik gilt oft als abstrakt und fern des Alltags. Doch sie steckt selbst in scheinbar banalen Phänomenen wie einem lockeren elektrischen Kontakt. Dieser Artikel zeigt, wie der quantisierte Leitwert mit einem einfachen Experiment sichtbar wird – sogar bei Zimmertemperatur und mit schulüblichen Mitteln. Anhand von Golddrähten, Oszilloskop und mit etwas Fingerspitzengefühl lässt sich ein zentrales Quantenphänomen anschaulich erklären und für den Unterricht nutzbar machen.
Das Jahr 2025 war ein doppeltes Jubiläum: Das Internationale Jahr der Quantenwissenschaften fand anlässlich der Formulierung der Quantenmechanik im Jahr 1925 statt. Weitere 100 Jahre früher, nämlich 1825, formulierte Georg Simon Ohm das nach ihm benannte Gesetz. Der elektrische Widerstand gehört zu den bekanntesten physikalischen Größen, und Netzwerke aus Widerständen sind in der Physikausbildung beliebte Untersuchungsgegenstände. Hier zeigt sich übrigens eine sprachliche Dopplung des Begriffs „Widerstand“ als physikalische Größe (engl. „resistance“) und als elektronisches Bauteil (engl. „resistor“).
Über 150 Jahre lag das Ohmsche Gesetz im Dornröschenschlaf, bis in den 1980er-Jahren bahnbrechende Experimente unsere Vorstellung davon infrage stellten, was Widerstand und Leitwert – also der Kehrwert des Widerstands – sind. Die Entdeckung des Quanten-Hall-Effekts, für die Klaus von Klitzing 1985 den Nobelpreis in Physik erhielt [1], und die Beobachtung von Leitwertsstufen in Halbleiter-Nanostrukturen [2] haben zu einer neuen, auf der Quantenmechanik beruhenden Beschreibung des Elektronentransports in Festkörpern geführt (Infokasten „Landauer-Büttiker-Formalismus“) [3].
Im einfachsten Fall beschreibt der Landauer-Büttiker-Formalismus den Elektronentransport durch einen eindimensionalen Draht. „Eindimensional“ bedeutet dabei, dass der Draht so dünn ist, dass sich die Elektronen nicht quer zum Draht bewegen können, da sie im quantenmechanischen Grundzustand „festsitzen“. Entlang des Drahts ist die Bewegung frei. Insbesondere muss die Materialqualität so gut sein – oder der Draht so kurz – dass die Elektronen auf ihrem Weg nicht gestreut werden. (...)
• 4/2026 • Seite 32 • DPG-MitgliederGlas gilt als vielversprechend, um die Aufbau- und Verbindungstechnik von Halbleiterbauelementen zu revolutionieren.
Der Fortschritt in der Halbleiterindustrie basiert seit einiger Zeit kaum noch auf dem Silizium-Halbleiter: Die Geschwindigkeit, mit der sich die Strukturgrößen auf dem Halbleiter verringern, nimmt ab, während die Produktionskosten enorm steigen und sich Probleme mit der Ausbeute in der Herstellung bemerkbar machen. Dies bedeutet das Ende des Mooreschen Gesetzes. Stattdessen ist der Fortschritt in der Halbleiterindustrie in eine Disziplin gerückt, die lange Zeit ein Schattendasein geführt hat: die Aufbau- und Verbindungstechnik, das „Packaging“.
Das Packaging stellt aus Siliziumhalbleiter-Bauteilen (Chiplets) und weiteren Komponenten Bauteile her, die sich auf eine Leiterplatte auflöten lassen. Getrieben vom Wunsch nach immer mehr Datenleistung durch Algorithmen der künstlichen Intelligenz (KI) entstehen weltweit immer mehr Rechenzentren. Ihr Energiehunger und die damit verbundene Wärmeentwicklung sind ein zentrales Problem. Die Halbleiterindustrie versucht, dies durch zunehmend größere Bauteile (Packages) mit vielen Rechnerkernen und immer kürzeren Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Komponenten zu lösen. Dadurch werden die Packages immer größer und komplexer, was etliche Herausforderungen zur Folge hat, etwa die thermomechanischen Eigenschaften der beteiligten Materialien, die hohen Datenraten, die schon heute Hochfrequenzdesigns und eine immer feinere Strukturierung erfordern, oder die Notwendigkeit, optischen Datentransport zu integrieren.
Eine Materialklasse, die bei diesen aktuellen Aufgaben eine neue und wahrscheinlich entscheidende Rolle einnimmt, sind Gläser. Als steifer Kern mit glatten Oberflächen sowie guten thermischen und elektrischen Eigenschaften ermöglichen sie es, große Packages mit extrem feinen Strukturen aufzubauen. (...)
Bad Honnef Physics School
847. WE-Heraeus-Seminar
