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Nanostrukturierung mit Laserstrahlung: Im Nahfeld der Sondenspitze eines Rastertunnelmikroskops läßt sich Laserstrahlung im Nanometerbereich fokussieren
Authors: Dickmann K. , Jersch J.
Published: February 2013

Ausgehend von der sog. Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) können unterschiedliche elektrostatische und elektrodynamische Effekte auch im Nahfeld einer Rastertunnelmikroskop‐Spitze zur Feldverstärkung führen. In einer eng begrenzten Zone im Bereich der Sondenspitze sind theoretisch Feldverstärkungen bis zu 103 und höher möglich. Dieser Effekt wurde ausgenutzt, um Laserstrahlung zwischen der Sondenspitze eines RTM und einem im Nahfeld befindlichen Substrat zu konzentrieren. Wie erste experimentelle Arbeiten zeigen, lassen sich mit dieser Technik unter normalen Raumbedingungen kleinste Strukturen bis zu zehn Nanometer auf einer Metallschicht herstellen. Eine Reihe von zukunftsorientierten Anwendungen sind denkbar, beispielsweise die Datenspeichertechnik mit hoher Informationsdichte oder die Herstellung von Fresnel‐Röntgenoptiken.
Lichtgebundene Atomgitter
Authors: Hemmerich A. , Hänsch T.
Published: February 2013

Lichtgebundene Atomgitter sind eine neuartige Form von Materie, die die Dichte eines Hochvakuums mit der Regelmäßigkeit eines Kristalls verbindet. Sie entstehen, wenn das Feld mehrerer überlagerter Laserstrahlen eine Atomwolke durch Lichtkräfte gefangen hält. Die Atomwolke kühlt dabei derart stark ab, daß die de‐Broglie‐Wellenlänge von vergleichbarer Größe ist wie die Wellenlänge der optischen Interferenzstruktur und die atomare Translationsbewegung quantisiert wird. Die Rollen von Licht und Materie aus der gewöhnlichen Optik erscheinen hier vertauscht: Man hat es mit stehenden Materiewellen in mikroskopischen Resonatoren aus Licht zu tun. Zwei‐ und dreidimensionale optische Gitter wurden erstmals 1992 in unseren Labors an der Universität München demonstriert. Dieser Artikel gibt einen Überblick über den Stand der Forschung. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Münchener Arbeiten.
Antiferromagnetische Domänen sichtbar gemacht
Authors: Fiebig M. , Fröhlich D. , Gros C.
Published: February 2013

Kann man antiferromagnetische Domänen mit Licht direkt sehen? Diese Frage mußte man bislang verneinen. Erst kürzlich ist es gelungen, mittels nichtlinearer, nicht zeitumkehrinvarianter optischer Experimente Bilder antiferromagnetischer Domänen zu gewinnen, und zwar bei Cr2O3. Das neue Verfahren läßt hoffen, künftig eine Vielzahl von Fragen zur magnetischen Ordnung von Antiferromagneten beantworten zu können.
Suche nach permanenten elektrischen Dipolmomenten: ein Test der Zeitumkehrinvarianz
Authors: Ramsey N. F. , Weis A.
Published: February 2013

Elementarteilchen können kein permanentes elektrisches Dipolmoment haben, wenn die Naturgesetze gegenüber den diskreten Symmetrieoperationen von Raumspiegelung und Zeitumkehr invariant sind. Seit ihrer Entdeckung in den 50er Jahren ist die Verletzung der Raumspiegelungsinvarianz (Paritätsverletzung) in einer Vielzahl von Systemen untersucht worden. Ihre verschiedenen Erscheinungsformen lassen sich heute durch das sogenannte Standardmodell gut beschreiben. Demgegenüber wurde bislang nur ein einziges Mal eine Verletzung der Zeitumkehrinvarianz beobachtet, deren Ursprung bis heute im Dunkeln geblieben ist. Verschiedene zur Zeit durchgeführte und geplante Experimente, die nach elektrischen Dipolmomenten in Neutronen, Atomen und Molekülen suchen, sollen in Zukunft mehr Licht auf die Mechanismen der T‐Verletzung werfen und könnten möglicherweise Hinweise auf Physik jenseits des Standardmodells geben. Wir geben einen historischen Überblick über die Suche nach elektrischen Dipolmomenten von Neutronen und Atomen.
Positronen‐Emissions‐Tomographie bei der Schwerionentherapie: Ein Verfahren zur in‐situ Kontrolle der Tumorbehandlung mit Strahlen schwerer Ionen
Authors: Enghardt W.
Published: February 2013

Bei einer Tumorbehandlung mit schweren Ionen, z.B. Kohlenstoff, entstehen durch nukleare Wechselwirkungen des Therapiestrahles mit dem Gewebe positronenemittierende Nuklide. Ihr Nachweis mit Hilfe der Positronen‐Emissions‐Tomographie (PET) erlaubt Rückschlüsse auf die räumliche Verteilung der applizierten Dosis im Körper des Patienten und bietet damit die Möglichkeit, die korrekte Position des bestrahlten Volumens zu überwachen.
Entstickung von Dieselabgasen in Barrierenentladungen
Authors: Klein M. , Seeböck R.
Published: February 2013

Dieselmotoren zeichnen sich gegenüber Ottomotoren durch einen geringeren Kraftstoffverbrauch und geringere CO2‐Emission aus. Ein Problem ist jedoch der Stickoxidausstoß. Er läßt sich durch eine Abgasbehandlung in einer sog. Barrierenentladung reduzieren.
Hohle Atome und die Kompression von Licht in Plasmakanälen
Authors: Marowsky G. , Rhodes C. K.
Published: February 2013

Vor einhundert Jahren hat Wilhelm Conrad Röntgen die nach ihm benannten Strahlen beim Studium der Abstrahlungseigenschaften einer Kathodenstrahlröhre entdeckt. Als Alternative zur „klassischen”︁ Methode ist es inzwischen möglich, Röntgenstrahlung mittels hochenergetischer optischer Anregung zu erzeugen. Sie entsteht entweder als Bremsstrahlung in laserproduzierten Plasmen oder als charakteristische Abstrahlung von hohlen Atomen. Unter hohlen Atomen versteht man hochgradig innerschalen‐ionisierte Atome, die in Atomclustern der Edelgase Kr oder Xe nach Anregung mit intensivem Laserlicht entstehen. Das Innere der hohlen Atome ist folglich nicht leer, wie der Name vermuten lassen könnte, sondern mit hochenergetischer Strahlung erfüllt. In diesem Beitrag wird über die Erzeugung und die Eigenschaften von hohlen Atomen in Plasmakanälen berichtet. Deren Abstrahlung könnte in Zukunft zur Erzeugung von kohärentem Röntgenlicht mit Quantenenergien von bis zu 10 keV führen, falls es gelingt, auch Cluster schwerer Atome anzuregen [1].
Strahlenspaltung und Quantenchaos
Authors: Blümel R. , Kohler A.
Published: February 2013

über die Bedeutung von Newtonschen periodischen Bahnen für das Spektrum von Quantensystemen ist in den Physikalischen Blättern schon mehrfach berichtet worden. Neben den Newtonschen Bahnen treten jedoch in Feynmans Formulierung der Quantenmechanik auch nicht‐Newtonsche Bahnen auf, also Bahnen, die die Newtonschen Bewegungsgleichungen nicht erfüllen. Der Verdacht liegt daher nahe, daß in bestimmten Fällen auch nicht‐Newtonsche periodische Bahnen wichtig sind. In der Tat treten bei scharfen Potentialstufen nicht‐Newtonsche „Geisterbahnen”︁ auf, die sich z. B. im Quantenspektrum von Stufenbillards eindeutig identifizieren lassen.
Diamantbildung in „Kohlenstoffzwiebeln”︁: Fullerencluster als nanoskopische Druckzellen
Authors: Banhart F.
Published: February 2013

Die Umwandlung von Graphit in Diamant ist seit den fünfziger Jahren, als sie erstmals im Labor gelang, Gegenstand intensiver Forschung. Dennoch sind die Mechanismen dieses Prozesses bis heute noch wenig verstanden, unter anderem deshalb, weil eine experimentelle Beobachtung dieser Phasenumwandlung, bei der bisher stets extreme Drücke notwendig waren, schwierig ist. Kürzlich wurde entdeckt, daß die mit den Fullerenen verwandten „Kohlenstoffzwiebeln”︁ unter Elektronenbestrahlung so stark kontrahieren, daß in ihrem Innern die Keimbildung von Diamantkristallen stattfindet [1]. Bei weiterer Bestrahlung können diese Kristalle auf Kosten der umgebenden Graphitschalen wachsen, auch wenn kein Druck vorherrscht. In einem höchstauflösenden Elektronenmikroskop durchgeführt, läßt sich diese bestrahlungsinduzierte Umwandlung von Graphit in Diamant in situ mit atomarer Auflösung untersuchen.
Das Top‐Quark: sein Nachweis durch Theorie und Experiment
Authors: Hollik W. , Müller Th.
Published: February 2013

Die Jagd nach dem letzten noch fehlenden und zugleich schwersten Fermion fand vor knapp zwei Jahren mit dem direkten Nachweis des Top‐Quark ihren krönenden Abschluß. Die Meßzeit der beiden erfolgreichen Experimente am Fermilab ist in der Zwischenzeit abgelaufen. Insgesamt wurden ca. 60 Top‐ und Antitop‐Quarks nachgewiesen, deren Eigenschaften hervorragend mit dem zuvor aus indirekten Daten erstellten “Steckbrief“ übereinstimmen. Damit erhielt das Standardmodell der Elementarteilchenphysik erneut eine glanzvolle Bestätigung — zur Zeit gibt es keinerlei Hinweise auf eine Physik jenseits dieses Modells, dessen letztes fehlendes Glied, das Higgs‐Boson, allerdings noch immer seiner Entdeckung harrt.
Elektronische Fachinformation: Elektronische Informationen für die Physik: Grundsätze eines Informationsmanagements
Authors: Hilf E. R.
Published: February 2013

Suchen, finden und erhalten von Informationen kann mehr Last als Lust sein. Sie suchen die Promotionsordnungen aller deutschen Physik‐Fachbereiche? Eintippen des Suchworts „Promotionsordnungen”︁ in ein Suchfeld des neuen Internet‐Dienstes PhysDep liefert Ihnen die Ordnungen von den acht Fachbereichen, die diese bereits in ihren heimischen Rechner eingegeben und über ihren lokal eingerichteten WWW‐Server (Internet‐Knotenpunkt) zugänglich gemacht haben. Aber suchten Sie nicht eigentlich nur nach einer speziellen Zweitgutachter‐Regelung in den Promotionsordnungen anderer Fachbereiche? Oder als zweites Beispiel: Wo finde ich nur die Telefonnummer des Kollegen Y? Ist er nicht kürzlich an eine andere Hochschule gewechselt? Aber wohin? Eigentlich suche ich seine neueste Arbeit, deren Titel ich aber nicht erinnere, deswegen wollte ich ihn ja anrufen… Die Informationen, die wir benötigen, sind nicht immer die Dokumente, nach denen wir suchen. — Viele qualitativ verschiedene, manchmal verschlungene, oft nur intuitiv gewählte Wege führen zur gewünschten Antwort. Den Suchenden interessiert aber nur das Endergebnis, nicht der Weg der Suche, oder gar Ort, Art und Organisation der Quellen. Informationsmanagement als Dienstleistung in der Physik, so ist zu hoffen, sollte daher umfassend alle Informationstypen und Dokumentenarten, alle relevanten Orte und Anbieter umfassen. — Wie dies im Zeitalter der elektronischen Dienste einmal dauerhaft und zweckmäßig organisiert sein wird, mag noch nicht klar zu erkennen sein. Hier soll ein kurzer Einblick in einige aktuelle Aktivitäten und Pläne gegeben werden, in denen die DPG involviert ist [1].
HERA‐B — Ein neues Experiment bei DESY: Warum sich Materie und Antimaterie unterschiedlich verhalten
Authors: Schmidt‐Parzefall W.
Published: February 2013

Beim Deutschen Elektronen‐Synchrotron DESY in Hamburg wird zur Zeit in der letzten noch freien Wechselwirkungszone des Speicherrings HERA ein neues Experiment mit dem Namen HERA‐B aufgebaut (vgl. Abb. 1). Das vorrangige Ziel dieses Experiments ist die Aufklärung der Ursache für die sogenannte CP‐Verletzung, die 1964 entdeckt und 1980 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde [1]. Über dieses Experiment, das Zerfälle von B‐Mesonen untersucht, soll im folgenden berichtet werden.
Bose‐Einstein‐Kondensate – eine neue Form von Quantenmaterie
Authors: Ketterle W.
Published: February 2013

Bose‐Einstein‐Kondensation in atomaren Gasen hat sich zu einem faszinierenden neuen Forschungsschwerpunkt entwickelt. Der folgende Beitrag gibt zunächst einen Überblick über das Phänomen und behandelt dann die Kohärenz des Bose‐Kondensats und das Konzept des Atomlasers.
100 Jahre Elektron — oder: Die Vielschichtigkeit eines physikalischen Entdeckungsprozesses
Authors: Kaiser W.
Published: February 2013

Die Entdeckung des Elektrons wird vielfach in den 1897 von Joseph John Thomson am Cavendish Laboratory durchgeführten Experimenten lokalisiert, zuletzt mit einer ganzen Serie von Konferenzen und Feiern in diesem Jahr. Bei differenzierter Betrachtung erweist sich jedoch die Herausbildung des Elektronenkonzepts als ein besonders schwieriges Kapitel physikalischer Ideengeschichte. Offensichtlich gibt es eine beachtliche Vorlaufphase in der Entwicklung der Theorie der Elektrodynamik. Außerdem war die „Entdeckung”︁ eher Mehrfachentdeckung. Faszinierend ist schließlich, wie der um 1900 leidlich einheitliche Elektronenbegriff fast bis an die Grenze mit immer neuen Inhalten aufgefüllt wurde.
Chemie des Seaborgium — Chromatografie mit einzelnen Atomen
Authors: Schädel M. , Kratz J. V.
Published: February 2013

Mit modernen Rastersondenmethoden ist es möglich geworden, einzelne Atome auf Oberflächen von Festkörpern sichtbar zu machen oder gar zu manipulieren. Ist es auch möglich, einzelne Atome chemisch umzusetzen und die so erzeugte Molekülart zu charakterisieren? Untersucht man in der Chemie nicht ausschließlich Reaktionen, die in ihrem Ergebnis durch den Gleichgewichtszustand einer großen Zahl von Reaktionsteilnehmern beschrieben werden? Sprechen die dazu benutzten statistischen Konzepte nicht gegen die Möglichkeit, Chemie mit einzelnen Atomen zu betreiben? Gerade die allerschwersten chemischen Elemente, bei denen sich die spannende Frage stellt, ob das Periodensystem der Elemente noch ein gutes Ordnungsschema ist, lassen sich ausschließlich als einzelne Atome in Kernreaktionen herstellen. Mit speziellen, ultrasensitiven Analyseverfahren ist es erstmals gelungen, die sieben Atome des Elements 106 (Seaborgium, Sg), die sich am Schwerionenbeschleuniger UNILAC der GSI Darmstadt nach chemischen Trennungen durch ihren radioaktiven Zerfall zu erkennen gaben, eindeutig chemisch zu identifizieren. Seaborgium zeigt Eigenschaften wie die Homologen der Gruppe 6 Molybdän und Wolfram.
Vielstrahl‐Atominterferometer
Authors: Weitz M. , Heupel T. , Hänsch T. W.
Published: February 2013

Mit Laserlicht lassen sich Wellenpakete aus Atomen kohärent in zwei Teilstrahlen aufspalten und wieder zusammenführen. Darauf beruhen Zweistrahl‐Atominterferometer, mit denen bereits z. B. Gravitation und Rotationen präzise gemessen wurden. Kürzlich gelang es erstmals, ein Vielstrahl‐Atominterferometer zu realisieren, das auf der Verwendung neuartiger Strahlteiler beruht: Die Wellenpakete werden durch Projektion auf eine nicht mit dem Lichtfeld wechselwirkende „dunkle”︁ quantenmechanische Superposition von Zuständen aufgespalten. Verglichen mit konventionellen Zweistrahl‐Atominterferometern, für die sinusförmige Interferenzsignale beobachtet werden, erhalten wir schärfere Interferenzmaxima. Neben dieser Analogie zur Lichtoptik weist das Interferenzsignal des Vielstrahl‐Atominterferometers aber auch einige Besonderheiten auf.
Physik in Australien — no worries?
Authors: Voit J.
Published: February 2013

„Wie lebt es sich mit dem Kopf nach unten?”︁, „Suchst Du jetzt nach dem Antigraviton?”︁ So fragten europäische Kollegen, als ich unsere e‐mail‐Diskussionen wieder aufnahm, nachdem ich für einen viermonatigen Forschungsaufenthalt mit meinem Heisenberg‐Stipendium und Unterstützung durch den Gordon Godfrey Bequest an die University of New South Wales (UNSW) nach Sydney gezogen war. Während des Aufenthaltes arbeitete ich mit R. McKenzie und anderen Kollegen an der UNSW an Theorien für stark korrelierte Elektronen. Vor meiner Abreise wußte ich nicht viel über die australische Physik. Vielen Lesern würde es vielleicht ähnlich gehen. Was wissen wir über die Physik in Australien? Was sollten wir wissen?
Statistiken zum Physikstudium in Deutschland 1997
Authors: Reineker P.
Published: February 2013

Die folgenden Statistiken beruhen auf den von der Konferenz der Fachbereiche Physik (KFP) auch in diesem Jahr erhobenen Daten zum Physikstudium. Im einzelnen wurde die Entwicklung der Anfängerzahlen, die Zahl der Studierenden im dritten Fachsemester, die Zahl der abgeschlossenen Vordiplome, Diplome und Promotionen und die Studiendauern bis zum Diplom ermittelt. Die Zahl der Studienanfänger ist nochmals leicht zurückgegangen auf nunmehr 5276, d. h. um etwa 3 % im Vergleich zum Vorjahr (1995/96) und liegt damit um 26 % unter dem aus den Anfängerzahlen der letzten elf Jahre gebildeten Mittelwert. Die Zahl der Studierenden im dritten Fachsemester beläuft sich auf 3972. Das sind 73.2 % der Anfänger des Vorjahres. Die Zahl der Absolventen im Diplomstudiengang ist im Vergleich zum Vorjahr leicht zurückgegangen von 3592 auf 3353. Einschließlich der vorliegenden Zahlen für Absolventen in den Lehramtsstudiengängen beläuft sich die Absolventenzahl auf 3998. Obwohl die Zahlen der Abschlüsse der Lehramtsstudiengänge einigen Universitäten nicht zuverlässig zur Verfügung stehen, ist sicher, daß die Gesamtzahl der Abschlüsse leicht rückläufig ist. Der Medianwert der Studiendauer bis zum Diplom konnte gehalten werden. Der über die 3353 Absolventen (ohne DI‐Studiengänge) gemittelte Medianwert beträgt in den alten Bundesländern 12.1 Semester. Der entsprechende Wert in den neuen Bundesländern liegt bei 11.2 Semestern.
Das Wechselspiel von Kernmagnetismus und Supraleitung: Erste Beobachtung der Koexistenz von Ferromagnetismus und Supraleitung
Authors: Herrmannsdörfer T. , Rehmann S. , Seibold M. , Pobell F.
Published: February 2013

Supraleitung und Magnetismus sind zwei konkurrierende Materialeigenschaften. Das Wechselspiel beider Phänomene wurde in den letzten vier Dekaden eingehend an elektronischen magnetischen Systemen studiert. Dabei war man allerdings oftmals auf sehr komplexe Materialien mit komplizierten magnetischen und supraleitenden Eigenschaften angewiesen. Demgegenüber konnten wir erstmalig Untersuchungen des Wechselspiels von Kernmagnetismus und Supraleitung an einfachen und daher leichter beschreibbaren Materialien durchführen. An den Modellsystemen Al und AuIn2 haben wir im Bereich ultratiefer Temperaturen, 17 μK ≤ T ≤ 1 K, eingehend den reduzierenden Einfluß von Kern‐Para‐ und Kern‐Ferromagnetismus auf das kritische Feld der Supraleitung untersucht. Anders als bei elektronischen Ferromagneten konnten wir bei AuIn2 eine bislang noch nicht gefundene Koexistenz von (Kern‐)Ferromagnetismus und (Typ‐I‐) Supraleitung beobachten.
ESS, die europäische Spallations‐Neutronenquelle
Authors: Lengeler H. , Richter D. , Springer T.
Published: February 2013

Im April 1997 wurde im britischen Seebad Brighton die Projektstudie für eine europäische Spallations‐Neutronenquelle ESS mit 5 MW Targetleistung vorgestellt, welche hauptsächlich Untersuchungen der kondensierten Materie dienen soll [1, 2]. Sie geht auf eine Initiative des Forschungszentrums Jülich und des Rutherford Appleton Laboratory (Didcot, UK) zurück. An der standortunabhängigen Studie, die 1993 begonnen und von 1994 bis Ende 1996 von der Europäischen Gemeinschaft und von nationalen Forschungszentren unterstützt wurde, waren zusammen mit den Initiatoren sieben europäische Länder beteiligt. Parallel dazu wurden viele Überlegungen zur Instrumentierung und wissenschaftlichen Nutzung einer solchen Quelle angestellt. Im folgenden stellen wir das Projekt vor.
Dualität in Feld‐ und Stringtheorien
Authors: Louis J. , Theisen S.
Published: February 2013

Der Begriff der Dualität spielt in der Physik eine wichtige Rolle. In der Quantenmechanik begegnet man z. B. einem Welle‐Teilchen‐Dualismus: Der Teilchenaspekt steht bei Emissions‐ und Absorptionsprozessen im Vordergrund, während der Wellenaspekt zur Erklärung von Interferenzeffekten herangezogen wird. Zur Beschreibung eines physikalischen Systems sind oftmals unterschiedliche, duale Betrachtungsweisen nützlich. Dieses Prinzip kennt in der Physik vielfältige Verallgemeinerungen. In diesem Beitrag wollen wir uns auf die Dualität in Quantenfeldtheorien und Stringtheorien beschränken. Hier wurden in den vergangenen drei Jahren große Fortschritte erzielt, und weitere sind zu erwarten.
Elektrosmog sichtbar gemacht
Authors: Weiland Th.
Published: February 2013

Das Thema Elektrosmog wird heute rege in vielen wissenschaftlichen (und leider in noch mehr unwissenschaftlichen) Artikeln behandelt. Neben der Angst vor Starkstromleitungen und Netzstromkabeln im Haushalt sowie der berühmten Wärmedecke dominiert das „Handy”︁ weitgehend die öffentliche Diskussion, da es naturgemäß in besonders engem Kontakt mit dem menschlichen Organismus benutzt wird. Bei der Erforschung der Wechselwirkung zwischen elektromagnetischen Feldern und dem menschlichen Organismus muß man streng zwischen zwei Schritten unterscheiden: der Berechnung der Felder im Organismus und der Erforschung ihrer Wirkung. Während die Wirkungsforschung heute noch meist empirisch basiert ist und sich auf (oft zweifelhafte) statistische Untersuchungen stützt, ist der erste Schritt, die genaue Berechnung elektromagnetischer Felder, schon sehr weit fortgeschritten.
Der Transistor wird fünfzig
Authors: Kramer B.
Published: February 2013

Die Forschungsergebnisse der „Transistor Group”︁ in den Bell Laboratorien führten vor genau fünfzig Jahren zur Entwicklung des ersten funktionsfähigen „Festkörperverstärkers”︁, des Transistors. Dies war die Geburtsstunde eines vollständig neuen Industriezweigs, der Halbleiterbauelemente‐Industrie. Sie hat unser Leben ähnlich nachhaltig verändert wie die Elektrotechnik das neunzehnte Jahrhundert, und ein Ende dieser Entwicklung ist nicht in Sicht.
DPG‐Berufsumfrage 1997
Authors: Sixl H.
Published: February 2013

Dieser Artikel gibt eine Zusammenstellung aller wesentlichen Ergebnisse der Auswertung einer Umfrage unter den jungen Physikabsolventen/innen der letzten fünf Jahre. Die Umfrage wurde in der zweiten Jahreshälfte des letzten Jahres von. der Deutschen Physikalischen Gesellschaft in enger Absprache mit der Konferenz der Fachbereiche Physik (KFP) durchgeführt. Ziel der Umfrage war es, in dem sich wandelnden universitären, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Umfeld möglichst viele Informationen über den Verbleib und die aktuelle Berufssituation der Absolventen/innen zu erhalten, um die Rolle und Bedeutung bzw. den Nutzen der Physik sowie der Physikausbildung im Zusammenhang mit dem Berufsleben besser einschätzen zu können.
Grundzüge des Patentrechts
Authors: Moufang R.
Published: February 2013

Zu den wichtigsten rechtlichen Rahmenbedingungen technischer Innovation gehört das Patentsystem. Mittels privater Ausschließlichkeitsrechte an Erfindungen werden besondere technologische Leistungen anerkannt und belohnt, unter gleichzeitiger Schaffung eines ökonomischen Anreizes, neues technisches Wissen durch Investitionen in Forschung und Entwicklung zu erzeugen und der Allgemeinheit zu offenbaren. Auch in der naturwissenschaftlichen universitären Forschung nimmt die Bedeutung des Patentrechts gegenwärtig beträchtlich zu. Ziel des nachfolgendes Beitrags ist es daher, die Grundprinzipien dieses Rechtsgebiets im Hinblick auf Schutzvoraussetzungen, Rechtszuordnung, Erteilungsverfahren und Schutzwirkungen vorzustellen.
UHP‐Lampen: Lichtquellen extrem hoher Leuchtdichte für das Projektionsfernsehen
Authors: Derra G. , Fischer E. , Mönch H.
Published: February 2013

Lichtquellen hoher Leuchtdichte sind Schlüsselkomponenten für das Projektionsfernsehen. Mit der Entwicklung der UHP‐Lampe (Ultra‐High‐Performance) von Philips wurde hier ein entscheidender Durchbruch erzielt. Durch die erstmalige Realisierung einer Quecksilber‐Höchstdruckentladung mit einem Halogen‐Kreisprozeß erreicht die UHP‐Lampe extrem hohe Leuchtdichte und stabile Lampeneigenschaften bei sehr langer Lebensdauer.
Billardspiel mit korrelierten Elektronen
Authors: Mergel V. , Dörner R. , Jagutzki O. , Schmidt‐Böcking H.
Published: February 2013

70 Jahre nach ihrer Entdeckung hat die Quantenmechanik noch nichts von ihrer Faszination verloren. Noch immer ist sie das zentrale und außerordentlich erfolgreiche Instrument zur Beschreibung der mikroskopischen Welt. Man kann mit ihrer Hilfe die statischen Eigenschaften toter Materie, wie z. B. Einteilchen‐Energieeigenwerte mit beeindruckender Präzision voraussagen. Auch kollektive Phänomene lassen sich befriedigend erfassen, solange man sich auf die stationäre Formulierung beschränkt. Die Behandlung von echten, d. h. nicht auf effektive Einteilchenprobleme reduzierbaren, nichtstationären Vielteilchensystemen bleibt mit der konzeptionell auf die Einteilchenbeschreibung ausgerichteten Schrödinger‐Gleichung unelegant und faktisch nicht lösbar. Dies steht in unbefriedigendem Kontrast zur überwältigenden Bedeutung dynamischer Vielteilchensysteme für die Struktur und Entwicklung unserer makroskopischen Welt, von der Supraleitung bis zur Selbstorganisation des Lebens. Die atomare Dynamik gebundener Elektronen ist der Antrieb aller chemischen und biologischen Reaktionen, d.h. der Treibstoff der Evolution. — Ein experimenteller Zugang zur Dynamik eines Vielteilchensystems ist mit der Impulsspektroskopie möglich, die es erlaubt, “Schnappschüsse” der korrelierten Teilchenbewegung aufzunehmen, und die hier am einfachen Beispiel eines Helium‐Atoms erläutert wird.
Gespiegelt in besondern Düften …: Oasen, Seeungeheuer und weitere Spielereien der Fata Morgana
Authors: Vollmer M.
Published: February 2013

„Wer die Natur liebt, der braucht das Beobachten ihrer Erscheinungen wie die Luft zum Atmen.”︁ — So formulierte Marcel Minnaert das Bedürfnis der Naturbeobachtung im Vorwort seines berühmten Buchs „Licht und Farbe in der Natur”︁ [1]. Bekannte Beispiele für Naturerscheinungen in der Atmosphäre sind Luftspiegelungen, Regenbögen und Halos. Diese optischen Phänomene bieten nicht nur faszinierende Anblicke, sondern beinhalten auch genügend Aspekte für eine interessante Physik (z. B. [2]). — Der vorliegende Artikel geht von grundlegenden physikalischen Betrachtungen aus und zeigt, daß sich alle Phänomene atmosphärischer Optik übersichtlich klassifizieren lassen. Luftspiegelungen werden exemplarisch im Detail behandelt. Viele nützliche Informationen findet man in Standardwerken [1, 3–5]; den aktuellen Stand der Forschung in Konferenzberichten, z. B. [6].
Von künstlichen Atomen zu Molekülen: Optische Spektroskopie an einzelnen und gekoppelten Halbleiter‐Quantenpunkten
Authors: Wegscheider W. , Abstreiter G.
Published: February 2013

Das Spalten von Halbleiterstrukturen im Vakuum und das anschließende Aufwachsen von neuen Schichten auf den entstandenen Spaltflächen ermöglicht es, Schichtdicken in allen drei Raumrichtungen auf atomarer Skala zu kontrollieren. Mit dieser Methode lassen sich am Kreuzungspunkt von drei Quantenfilmen Quantenpunkte — „künstliche Atome ”︁ — herstellen, deren Abmessungen, Form und Position vollkommen durch den Wachstumsprozeß definiert ist. Hochortsauflösende, optische Spektroskopie gestattet es, einzelne solcher nur etwa 7×7×7nm3 großer Quantenpunkte, die äußerst scharfe Linien aufweisen, zu untersuchen. Darüber hinaus lassen sich Paare quantenmechanisch gekoppelter Quantenpunkte sowie eindimensionale Quantenpunktübergitter realisieren. Auf diese Weise gelingt es, den Übergang vom „künstlichen Atom”︁ zum „künstlichen Molekül”︁ und das damit verbundene Entstehen von bindenden und antibindenden Zuständen zu verfolgen. Die Kopplungsstärke zwischen den Quantenpunkten läßt sich im Gegensatz zu Experimenten mit echten Atomen über den „interatomaren”︁ Abstand kontinuierlich abstimmen und spiegelt sich direkt in der energetischen Aufspaltung zwischen den bindenden und antibindenden Niveaus sowie in den Linienbreiten der entsprechenden optischen Übergänge wider.
Ist das Nukleon deformiert?
Authors: Buchmann A. J.
Published: February 2013

Größe und Form des Nukleons sind fundamentale Eigenschaften, die für ein quantitatives Verständnis der starken Wechselwirkung zwischen Nukleonen und damit auch für ein Verständnis des Aufbaus der Materie wichtig sind. Sie sollten sich aus den Eigenschaften der Quarks, aus denen das Nukleon besteht, und den zwischen ihnen wirkenden effektiven Kräften erklären lassen. Obwohl schon seit langem bekannt ist, daß die Ladung des Protons über ein endliches Volumen ausgedehnt ist, waren bisherige Experimente zu ungenau, um Aussagen über eine eventuelle Deformation seiner Ladungsverteilung machen zu können. Aktuelle Experimente, in denen das Proton durch elektrische Quadrupolstrahlung zur Δ+(1232)‐Resonanz angeregt wird, liefern in Kombination mit theoretischen Überlegungen neue Erkenntnisse darüber, wie stark die Ladungsverteilung des Protons von der Kugelsymmetrie abweicht und welche inneren Freiheitsgrade für die Deformation verantwortlich sind.
Neutrino‐Oszillationen
Authors: Drexlin G.
Published: February 2013

Experimente mit Neutrinos, die in der Sonne oder der Atmosphäre entstehen, liefern seit längerem Hinweise auf Neutrino‐Oszillationen, d. h. der Umwandlung einer Neutrinoart in eine andere, und damit eine von Null verschiedene Ruhemasse der Neutrinos. In den letzten Monaten haben diese Indizien durch neue Ergebnisse des SuperKamiokande‐Experiments in Japan wesentlich an Gewicht gewonnen. Insbesondere die aktuellen Resultate über Atmosphären‐Neutrinos liefern erstmals eine überzeugende Evidenz für massebehaftete Neutrinos. Die Experimente zu Neutrino‐Oszillationen mit astrophysikalischen, Reaktor‐und Beschleuniger‐Neutrinos bilden derzeit sicherlich eines der aktuellsten und spannendsten Arbeitsgebiete der Physik.
Kernspintomographie der Lunge mit hochpolarisiertem Helium‐3
Authors: Schreiber Wolfgang , Surkau Reinhard
Published: February 2013

Mit kernspinpolarisiertem 3He‐Gas ist es möglich, das bildgebende Verfahren der Kernspintomographie auf Hohlräume auszuweiten. Für die Lungendiagnostik eröffnen sich damit völlig neue Möglichkeiten.
Erkennung von Krankheitsmustern im Infrarotspektrum von Blutseren
Authors: Petrich Wolfgang , Werner Gerhard
Published: February 2013

Die Untersuchung von Blut auf der Basis von chemischen, reagenzgetragenen Analysen bildet einen Schwerpunkt der medizinischen Diagnostik. Darüber hinaus erlauben auch rein physikalische, reagenzfreie Methoden wie die Spektroskopie von Blutserum im mittleren Infrarot einen Einblick in die molekulare Struktur der Probe. Mit Augenmerk auf den medizinisch relevanten Inhaltsstoffen sollte es möglich sein, aus dem Infrarotspektrum einer Blutprobe eine direkte Verbindung zum Gesundheitszustand des Blutspenders zu schaffen. Hierbei bieten sich die mathematischen Methoden der Klassifizierung an.
Fluoreszenz‐geführte Endoskopie von Hohlorganen
Authors: Ebert Bernd , Nolte Dirk , Sukowski Uwe , Rinneberg Herbert
Published: February 2013

Seit über 3000 Jahren ist die heilende Wirkung von Sonnenlicht bei Hauterkrankungen bekannt, aber erst seit der Entwicklung der modernen Optik wird Licht (Laserstrahlung) bei der Diagnose und Therapie einer Vielzahl von Erkrankungen eingesetzt. Als Beispiel stellen wir hier die Diagnose von Tumoren und ihren Vorstufen durch die charakteristische Fluoreszenz von körpereigenen Farbstoffen (Porphyrinen) vor.
Das Physikalische Institut der Berliner Universität
Authors: Hoffmann Dieter
Published: February 2013

Im Mai wird in Berlin das neue ARD‐Hauptstadtstudio seinen Betrieb aufnehmen. Es befindet sich an jenem Ort, an dem zwischen 1873 und 1878 das Physikalische Institut der Berliner Universität für Hermann Helmholtz erbaut wurde. Das Institut war für lange Zeit „unter den deutschen Lehranstalten gleicher Art das größte und schönste”︁, an dem bedeutende Physiker – darunter die Nobelpreisträger J. Franck, G. Hertz, W. Nernst und W. Wien – gewirkt haben. Bis zu seiner Zerstörung im Frühjahr 1945 war es eng mit der Tätigkeit der Physikalischen Gesellschaft verknüpft.
Die Vermessung optischer Quantenzustände
Authors: Schiller Stephan , Breitenbach Gerd
Published: February 2013

Wellenfunktion, Dichtematrix, Meßwertverteilungen, reine und gemischte Zustände: Diese abstrakten Konzepte aus der Quantenmechanik lassen sich durch moderne quantenoptische Experimente veranschaulichen. So gelang es kürzlich mit geeigneten Meßverfahren, die Zustände von einfachen Quantensystemen im Detail zu charakterisieren. Wir wollen dies am Beispiel des Lichtfeldes erläutern. Die dabei eingesetzten Techniken spielen eine wichtige Rolle bei der „Quantenkontrolle”︁.
Monte‐Carlo‐Simulation mikroskopischer Börsenmodelle
Authors: Stauffer Dietrich
Published: February 2013

Computer‐Simulationen mit Zufallszahlen, auch als Monte‐Carlo‐Verfahren bekannt, wurden in den letzten Jahren vermehrt auf die Modellierung von Börsenkursen angewandt. Dieser Artikel beschreibt einen der Versuche, die Preisfluktuationen von Märkten zu verstehen, und weniger, sie vorherzusehen.
Die Akustik von Konzertsälen: Physik und Psychophysik
Authors: Schroeder Manfred
Published: February 2013

Warum haben moderne Konzertsäle oft eine mangelhafte Akustik? Und warum hat so mancher ältere Raum — man denke an die griechischen Amphitheater — einen so hervorragenden Klang? Survival of the fittest?
Atom‐ und Molekülphysik: Optische Dipolfallen: Experimente mit ultrakalten Atomen und anderen kleinen Teilchen im Lichtkäfig
Authors: Weidemüller Matthias , Grimm Rudolf
Published: February 2013

Licht polarisiert Materie. Materie wiederum streut Licht. Dadurch entstehen vielfältige optische Erscheinungen, die man mit bloßem Auge beobachten kann. Die mechanischen Kräfte des Lichtfeldes hingegen sind für uns nicht direkt erfaßbar, da sie im allgemeinen zu klein sind, um eine merkliche Wirkung hervorzurufen. Hat man es jedoch mit Laserlicht und Atomen nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt zu tun, so bestimmen Lichtkräfte entscheidend die Bewegung der Atome. So lassen sich kalte Atome durch optische Dipolkräfte in kontrollierter Weise über lange Zeiten festhalten. Mit neuartigen Dipolfallen kann man sogar mehrere Spezies gleichzeitig speichern und zur Molekülbildung anregen. Über solche Experimente berichten wir in diesem Artikel.
Nanolithographie mit selbstorganisierenden Masken: Mit Polymeren lassen sich Metallcluster geordnet auf einem Substrat deponieren
Authors: Spatz Joachim P. , Möller Martin , Ziemann Paul
Published: February 2013

Die selbstorganisierende Anordnung von Makromolekülen auf Oberflächen ermöglicht es, Substrate mit anorganischen Clustern gezielt zu dekorieren. Dabei lassen sich Strukturgrößen von wenigen Nanometern erzielen. Dieses Verfahren bildet die Basis für eine Vielzahl fächerübergreifender Experimente und könnte in der Zukunft die herkömmlichen Lithographieverfahren ergänzen.
Zukunftschancen durch Nanotechnologie: Herausforderungen für die Technologieregionen USA, Fernost und Europa
Authors: Bachmann Gerd
Published: February 2013

Unter Nanotechnologie faßt man die Manipulation einzelner Atome und Moleküle zusammen, mit dem Ziel, im weitesten Sinne neue Werkstoffe zu erzeugen: Hochdichte Datenspeicher für superschnelle Computer, funktionelle superharte Beschichtungen, extrem feste molekulare Klebeverbindungen, effektive Katalysatoren und Membranen oder hoch selektiv wirkende Pharmazeutika sind einige Beispiele dafür. Für eine routinemäßig anwendbare Nanotechnik gilt es vor allem Verfahren zu entwickeln, die das Konstruieren im Bereich von Milliardstelmetern ermöglichen. Makroskopische Eigenschaften werden dann durch Material‐ und Funktionsänderungen auf der atomaren und molekularen Skala „schaltbar”︁.
Neutrino‐Astronomie bei hohen Energien: Im Eis der Antarktis entsteht das Neutrinoteleskop AMANDA
Authors: Spiering Christian
Published: February 2013

Gegenwärtig werden an mehreren Orten der Welt Neutrinoteleskope in offenem Wasser oder in Eis aufgebaut. Im Gegensatz zu den meisten Detektoren in Tunneln und Höhlen sind diese Instrumente auf hohe Energien von einem TeV und darüber optimiert — d. h. auf Energien, die mit kosmischen Beschleunigungsprozessen verknüpft sind. Eines dieser Teleskope, AMANDA, entsteht am Südpol (Abb. 1).
Anwendungsperspektiven von Kohlenstoff‐Nanoröhren: Wasserstoffspeicher, Feldemissions‐Displays und neue Werkstoffe
Authors: Hoffschulz Holger
Published: February 2013

Seit Mitte der 80er‐Jahre haben neben den lange bekannten Formen Graphit und Diamant neue Kohlenstoffmodifikationen großes wissenschaftliches und technologisches Interesse erlangt. Während die Fullerene trotz ihrer ungewöhnlichen Eigenschaften bislang keine der in sie gesetzten Erwartungen erfüllt haben, werden die 1991 entdeckten Kohlenstoff‐Nanoröhren derzeit intensiv hinsichtlich ihres Anwendungspotenzials untersucht. Erste Produkt‐Prototypen wurden kürzlich vorgestellt.
Metallphysik: Vom Urmeter zur Schattenmaske: 100 Jahre Grundlagenforschung an Eisenlegierungen: Das Wechselspiel von Magnetismus und Volumen in Invar‐Legierungen
Authors: Wassermann Eberhard F. , Entel Peter , Acet Mehmet
Published: February 2013

1896 entdeckte der Schweizer Physiker Charles Edouard Guillaume (1861–1938) Invar, wenig später Elinvar, zwei Eisen‐Legierungen mit sehr kleiner thermischer Ausdehnung bzw. praktisch temperaturunabhängigen elastischen Eigenschaften. 1920 erhielt er dafür den Nobelpreis in Physik, nicht zuletzt wegen der enormen technischen Bedeutung seiner Entdeckungen. Erst heute verstehen wir die mikroskopischen Ursachen dieses außergewöhnlichen Verhaltens, nachdem moderne quantenmechanische ab initio‐Rechnungen neue Einsichten in die mikroskopischen Zusammenhänge zwischen Gitterstruktur, Atomvolumen und magnetischem Verhalten des elementaren Eisens und seiner Legierungen ermöglicht haben. Eng damit verknüpft sind auch das sog. anti‐Invar sowie die seit Jahrtausenden bekannte strukturelle Umwandlung des Eisens zum Martensit.
Photonische Kraftmikroskopie: Optische Fallen ersetzen mechanische Hebelarme in Rasterkraftmikroskopen
Authors: Hörber Heinrich , Florin Ernst‐Ludwig , Stelzer Ernst
Published: February 2013

Die Rasterkraftmikroskopie hat es ermöglicht, einzelne Atome einer Oberfläche sichtbar zu machen. Für die Untersuchung biologischer Proben ist das Verfahren indes weniger geeignet, weil die empfindlichen Zellen durch den Druck der Messspitze leicht zerstört werden können. Die „photonische Kraftmikroskopie”︁ ist ein neues Rastersondenverfahren, bei dem die Messspitze des Rasterkraftmikroskops durch einen kleines Kügelchen ersetzt wird, das durch einen fokussierten Laserstrahl gehalten wird. Damit könnte es bald sogar gelingen, das Innere einer Zelle mit hoher Auflösung zu erkunden.
Brennstoffzellen — Motoren der Zukunft?: Brennstoffzellen vermeiden Umweltverschmutzung vor Ort – in der Gesamtbilanz haben sie das Potenzial zur saubersten Energiequelle
Authors: Hoogers Gregor
Published: February 2013

Brennstoffzellenantriebe beschäftigen seit einigen Jahren Automobilmanager, Wissenschaftler und Ingenieure, die eine umweltfreundliche Alternative zu den heutigen Kraftfahrzeugen suchen. Gleichzeitig beflügeln sie die Phantasie von Journalisten und Bürgern – nicht immer mit realistischen Einschätzungen, denn trotz der gewaltigen Fortschritte bei der Entwicklung dieser Technologie ist noch ein weiter Weg bis zur Serienreife zu gehen. Es zeichnen sich aber inzwischen auch andere Anwendungen ab, die bereits in wenigen Jahren zum Alltag gehören werden.
Experimente „zum Anfassen”︁ in der Schule: Experimentierstationen machen neugierig auf Physik
Authors: Miericke Jürgen
Published: February 2013

Das Jahr 2000 ist zum Jahr der Physik erklärt worden. Mit dieser Entscheidung soll die Bedeutung der Physik für das nächste Jahrhundert betont werden. „Physik ist Zukunft”︁ versichert die DPG mit Überzeugung. „Physik ist lebensfern und schwer”︁ ist eine ebenso überzeugte Äußerung von vielen Schülerinnen und Schülern. Physik wird von ihnen nicht als ein attraktives Schulfach angesehen. Physik‐Experimentierstationen in der Schule können helfen, die Attraktivität des Faches. Physik bei Schülerinnen und Schülern zu steigern.
Chaostheorie: Klassisches und quantenmechanisches Wellenchaos: Warum sind die Fluktuation der Energie‐Eigenwerte universell?
Authors: Haake Fritz , Stöckmann Hans‐Jürgen
Published: February 2013

Entfernt man vom Spektrum eines chaotischen Systems den Maßstab an der Energie‐ oder Frequenzachse, so lässt sich nicht mehr unterscheiden, ob es sich dabei um einen Atomkern, ein Molekül oder einen schwingenden Quarzblock handelt. Die Signatur des Chaos ist offenbar universell. Den Schlüssel zum Verständnis dieses Verhaltens liefert eine Analogie: Variiert man in einem chaotischen System die Stärke einer Störung, so führen die Eigenwerte auf der Energieachse eine Bewegung durch, die der eines eindimensionalen Gases mit abstoßender Wechselwirkung ähnelt. Die universellen Eigenschaften der Spektren chaotischer Systeme lassen sich aus den Gleichgewichtseigenschaften dieses fiktiven Eigenwertgases ableiten.
Eugen Goldstein und die Kathodenstrahlen: Mit Astrophysik im Labor wurde der Entdecker der „Kanalstrahlen”︁ berühmt
Authors: Hedenus Michael
Published: February 2013

In diesem Jahr ist der 150. Geburtstag und der 70. Todestag von Eugen Goldstein. Goldstein war ein Pionier auf dem Gebiet der Elektrizitätsforschung des letzten Jahrhunderts. Das doppelte Jubiläum ist ein Anlass, an ihn zu erinnern.
Geophysik: Das Magnetfeld der Erde: Ein Schlüssel zum Verständnis der Dynamik im Erdinnern und der elektromagnetischen Prozesse im erdnahen Weltraum
Authors: Lühr Hermann , Haak Volker
Published: February 2013

Vögel navigieren nach dem Magnetfeld der Erde, und die Menschen machen es ihnen seit Jahrhunderten nach. Ohne den Kompass wäre die Entwicklungsgeschichte der Zivilisation sicher anders verlaufen. Zugleich schützt das Magnetfeld die irdischen Lebewesen vor der hochenergetischen kosmischen Strahlung, Auch hier kann man sich vorstellen, dass die Evolution ohne das Magnetfeld der Erde einen anderen Verlauf genommen hätte. Neben diesen mehr spekulativen Überlegungen zu den direkten Auswirkungen des Magnetfelds auf das Leben der Menschen bietet das Magnetfeld auch Einblick in die Tiefe des Erdinnern und ermöglicht es, elektromagnetische Prozesse in den hohen Atmosphärenschichten zu beobachten. Während der bereits 40 Jahre andauernden Raumfahrtära wurde bisher wenig unternommen, um die Details des Erdfeldes zu erforschen. Die Situation wird sich in naher Zukunft gründlich ändern, wenn eine ganze Flotte von Satelliten mit spezieller Ausrichtung auf die Magnetfeldmessung die Erde umkreisen.
Quantenmechanik macht Schule: Das Bohrsche Atommodell führt Schüler auf die falsche Fährte
Authors: Bader Franz
Published: February 2013

Das Bohrsche Atommodell von 1913 gehört zum Standardprogramm der Oberstufen‐Physik. Es ist leicht zu vermitteln und haftet nachhaltig. Doch viele Lehrerinnen und Lehrer belassen es dabei; die moderne Quantenphysik kommt in ihrem Unterricht nicht vor. Mit fatalen Folgen, wie der englische Physik‐Didaktiker D. Jones meint [1]: „At best, students have to unlearn such concepts. At worst they are left in a cloud of confusion.”︁ Diese Konfusionswolke wird von den Schülern in bedrückender Weise bestätigt [2–4]. Mit neuen Lehrplänen und Methoden versuchen Didaktiker, die Quantenphysik besser in den Unterricht zu integrieren.
Quantentheorie der Materiewellenbeugung: Um neue Interferenzexperimente mit Atomen und Molekülen zu verstehen, reicht Optik allein nicht aus
Authors: Grisenti Robert E. , Köhler Thorsten , Toennies Jan Peter , Hegerfeldt Gerhard C.
Published: February 2013

Durch die Fortschritte der Mikrotechnologie ist es in den letzten Jahren gelungen, Lehrbuchexperimente der Optik auf Atom‐ und Molekülstrahlen zu übertragen. Die optisch‐wellentheoretische Beschreibung von Beugungsexperimenten am Doppelspalt und am Gitter stimmt qualitativ gut mit den Erwartungen überein. Aber aus kleinen Abweichungen davon lassen sich durch präzise Messungen und raffinierte theoretische Methoden neue überraschende Erkenntnisse über Teilchengrößen und ihre Wechselwirkung mit Oberflächen gewinnen.
Niedertemperatur‐Plasmaphysik: Vom Stiefkind der Physik zur Schlüsseltechnologie
Authors: Ecker Günter
Published: February 2013

Fragt man Laien nach der Bedeutung des Wortes „Plasma”︁, so assoziieren sie meist das Protoplasma der Zellen oder das Blutplasma, aber kaum gasförmige Materie, in der frei bewegliche, geladene Teilchen eine wichtige Rolle spielen. Allenfalls erinnert man sich an das Hochtemperatur‐plasma aus der Kernfusion. Bei den meisten Plasmen in der Natur unserer terrestrischen Umgebung und in der Technik handelt es sich indessen um Niedertemperaturplasmen. Leider wird die Bedeutung der Niedertemperatur‐Plasmaphysik oft unterschätzt. Dieser Artikel beschreibt die gesellschaftliche Relevanz der Niedertemperatur‐Plasmaphysik.
Biologische Physik – woher kommt sie, wohin geht sie? Physik und Biologie sind sich in den vergangenen Jahren immer näher gekommen
Authors: Sackmann Erich
Published: February 2013

Physik und Biologie haben gemeinsame Stammväter. Im letzten Jahrhundert haben sich beide Wissenschaften zwar auseinandergelebt, unbestritten ist aber, dass sie sich häufig gegenseitig befruchtet haben. Oft hat die Erfindung einer neuen physikalischen Methode zu einem Entwicklungsschub in der Biologie geführt; im Gegenzug gibt es auch viele Beispiele, wie die Physik von der Biologie neue Anstöße bekam. In diesem Schwerpunktheft „Biophysik”︁ werden zahlreiche Facetten dieser für beide Seiten anregenden Entwicklung dargestellt.
Ultraschnelle Elektronendynamik in Nanoteilchen: Wie schnell werden Oberflächenplasmaschwingungen gedämpft?
Authors: Bosbach Johannes , Stietz Frank , Träger Frank
Published: February 2013

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von metallischen Nanoteilchen hängen von ihrer Größe und Form ab. Sie weichen meist drastisch von denen entsprechender makroskopischer Metallproben ab. In Nanoteilchen können zum Beispiel durch Licht kollektive, kohärente Oszillationen der Leitungselektronen, so genannte Oberflächenplasmonen, angeregt werden. Wie schnell und auf welche Weise diese Anregungen gedämpft werden, ist eine höchst interessante wissenschaftliche wie anwendungsbezogene Frage. Dieser Artikel beschreibt nicht nur eine neue Methode, um auf einfache Weise die ultraschnelle Elektronendynamik in Nanoteilchen im Bereich weniger Femtosekunden zu studieren; er stellt auch Messungen der Abklingzeit mit Werten bis hinab zu 3,5 fs vor — was lediglich ca. zwei Perioden des einfallenden Lichtfeldes entspricht.
Teilchenphysik: Der DIRC — ein neues Prinzip für Cherenkov‐Detektoren
Authors: Spanier Stefan
Published: February 2013

In Experimenten an Elementarteilchen‐Beschleunigern dienen so genannte Cherenkov‐Detektoren seit Jahren zur Identifizierung von geladenen Reaktionsprodukten. Ein ganz neues Konzept, das derzeit im BABAR‐Experiment am Linearbeschleuniger SLAC in Stanford angewendet wird, erlaubt es, ihren Platzaufwand drastisch zu reduzieren und gleichzeitig ihre Leistungsfähigkeit zu erhöhen.
Quantenoptik: Ein Verstärker für Materie‐ und Lichtwellen: Ein beleuchtetes Bose‐Einstein‐Kondensat vermag Lichtpulse abzubremsen sowie Licht‐ und Materiewellen zu verstärken
Authors: Görlitz Axel , Pfau Tilman
Published: February 2013

Viele technische Errungenschaften beruhen auf der Verstärkung von Wellen wie Radio‐, Licht‐ und Schallwellen. Die Quantenmechanik lehrt uns, dass zum einen Lichtwellen auch Teilchencharakter und zum anderen Teilchen auch eine Wellennatur besitzen. Die Tatsache, dass Teilchen als Materie‐ oder de‐Broglie‐Wellen aufgefasst werden können, legt die Frage nahe, ob es auch möglich ist, einen Verstärker für Atome zu konstruieren, der ähnliche Eigenschaften hat wie ein Verstärker für elektromagnetische Wellen. In diesem Artikel beschreiben wir ein Experiment, das dieser Frage nachgeht.
Zwischen Bits und Quarks – Junge Physiker und Physikerinnen im Beruf: Ergebnisse der Europäischen Hochschulabsolventenstudie
Authors: Schomburg Harald
Published: February 2013

Physikabsolventinnen und ‐absolventen sind mit ihrer beruflichen Situation insgesamt recht zufrieden und bereuen es auch nicht, Physik studiert zu haben. Allerdings hatten diejenigen, die Mitte der neunziger Jahre ihren ersten Studienabschluss erwarben, keinen leichten Berufsstart. Auch bewerten sie im nachhinein viele Aspekte ihres Studiums recht kritisch. Zu diesen Ergebnissen kommt die bislang größte Internationale Absolventenstudie – die „Europäische Hochschulabsolventenstudie”︁ –, deren Auswertung seit kurzem vorliegt [1]. Mehr als 40 000 Hochschulabsolventen wurden vier Jahre nach ihrem Abschluss gefragt, wie sie rückblickend ihr Studium beurteilen, ob sie mit ihrem Beruf zufrieden sind und welche Kompetenzen beim Berufseinstieg gefordert wurden. Für diesen Artikel haben wir die Ergebnisse mit Blick auf die Physik ausgewertet.