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Nanostrukturierte Materialien
Authors: Gleiter H.
Published: February 2013

Im Kern eines Gitterbaufehlers, beispielsweise einer interkristallinen Grenzfläche oder einer Versetzung, liegt ein besonderer Zustand der festen Materie vor. Die Atomanordnung und die chemische Zusammensetzung werden durch die Randbedingungen bestimmt, die das verzerrte Kristallgitter, das den Baufehler umgibt, der Materie im Kern aufprägt. Nanostrukturierte Materialien sind Festkörper, in die eine so große Zahl von Baufehlern eingebracht wurde, daß diese Stoffe zu etwa 50% aus den Kernen dieser Baufehler bestehen. Auf diese Weise ist es in den letzten zehn Jahren gelungen, Festkörper zu erzeugen, die sich sowohl bezüglich ihrer atomaren Struktur und chemischen Zusammensetzung als auch bezüglich ihrer Eigenschaften von Stoffen mit kristalliner oder glasartiger Struktur unterscheiden. — Im Mittelpunkt der Grundlagenforschung auf dem Gebiet nanostrukturierter Materialien stehen derzeit die atomare Struktur und die Thermodynamik sowie die bemerkenswerten chemischen, elektrischen, magnetischen, mechanischen und optischen Eigenschaften dieser Materialien. Im folgenden Beitrag gibt Prof. Gleiter, der Vater der nanostrukturierten Materialien, einen Statusbericht dieser Entwicklung. Er beschreibt zunächst die Grundlagen und gibt danach einen Abriß der neueren Entwicklungen, zu denen insbesondere nanostrukturierte Legierungen und sog. Nanogläser gehören. Auch die vielversprechenden Anwendungsmöglichkeiten werden angesprochen. (Red.)
Szintillierende Mikrolichtleiter zum hochauflösenden Teilchennachweis
Authors: Zacek V.
Published: February 2013

Mit kohärenten Anordnungen szintillierender Mikrolichtleiter können Teilchenspuren mit hoher Präzision vermessen werden. Neu und vielversprechend ist der Einsatz von Glaskapillaren, die mit Flüssigszintillator gefüllt sind. Sie besitzen exzellente optische Eigenschaften bis herab zu Durchmessern von 20 um, Fluoreszenzabklingzeiten im Nanosekundenbereich, große Lichtausbeute und hohe Strahlungsresistenz.
Was interessiert den Physiker heute an Fluiden?
Authors: Brand H. R.
Published: February 2013

Im letzten Jahrzehnt hat das Studium von flüssigen Systemen in der Physik ein Comeback erlebt. Besonders erwähnenswert erscheinen hierbei neuere Entwicklungen aus dem Bereich der hydrodynamischen Instabilitäten und dem Einsatz von Turbulenz sowie aus dem Gebiet der komplexen Fluide, wie elektrorheologische Fluide und flüssigkristalline Elastomere. Dies betrifft sowohl grundlegende Fragen als auch die Anwendungen.
Supersymmetrie am Horizont?
Authors: de Boer W. , Kühn J. H.
Published: February 2013

Wird die Vielfalt der in der Elementarteilchenphysik beobachteten Kräfte durch eine einzige, universelle Wechselwirkung beschrieben? Diese Frage ist neu belebt worden, seit eine detaillierte Analyse von U. Amaldi (CERN), W. de Boer und H. Fürstenau (Universität Karlsruhe) [1] gezeigt hat, daß eine solche Vereinheitlichung im Rahmen des Standardmodells (SM) der Teilchenphysik ausgeschlossen ist, daß jedoch die supersymmetrische Erweiterung des SM zur Vereinheitlichung der starken, schwachen und elektromagnetischen Kräfte führt. Diese Resultate beruhen auf neuen Daten, gewonnen am kürzlich in Betrieb genommenen Elektron‐Positron‐Speicherring (Large Electron Positron Ring = LEP) am Europäischen Labor für Teilchenphysik CERN in Genf. Ähnliche, damit übereinstimmende Resultate wurden auch von anderen Gruppen erzielt [2]. Die Vereinheitlichung aller Wechselwirkungen ist zwar seit langem ein Traumziel der Physiker; seine Verwirklichung stößt jedoch auf vielfältige Hindernisse.
Ordnungsphänomene in komplexen Fluiden: Physik‐Nobelpreis 1991 für Pierre‐Gilles de Gennes
Authors: Brand H. R.
Published: February 2013

Zum ersten Mal seit längerer Zeit wurde in diesem Jahr der Nobelpreis an einen theoretischen Physiker nicht nur für eine herausragende Arbeit vergeben, sondern für eine Vielzahl von Arbeiten. Pierre‐Gilles de Gennes hat mit seinem Gesamtwerk gezeigt, daß „ … Methoden, die zur Beschreibung der Ordnung in einfachen Systemen entwikkelt wurden, … auch für kompliziertere Formen von Materie gelten, insbesondere für flüssige Kristalle und Polymere”︁ (vgl. auch November‐Heft, S. 977).
Hochauflösende NMR‐Spektroskopie — die Methode der chemischen Strukturanalyse: Chemie‐Nobelpreis 1991 für Richard Ernst
Authors: Griesinger C.
Published: February 2013

Für die „Entwicklung der hochauflösenden NMR‐Spektroskopie”︁ hat Richard R. Ernst, Professor an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich, den diesjährigen Chemie‐Nobelpreis erhalten (vgl. November‐Heft, S. 1003). Sein Name steht für die Entwicklung der Puls‐Fourier‐Transform‐Spektroskopie (1966) und der zweidimensionalen NMR‐Spektroskopie (1976), die die Strukturanalyse von chemischen Verbindungen revolutioniert haben. Mit Hilfe dieser Methoden läßt sich die Struktur von Molekülen in Lösung je nach Komplexität in Stunden bis Tagen bestimmen, und dies nicht nur in vitro, sondern auch in vivo.
Wie langsam ist die Kernspaltung?
Authors: Hilscher D.
Published: February 2013

Mehr als fünfzig Jahre nach der Entdeckung der Kernspaltung ist die Dynamik der Teilung eines Kernes in zwei etwa gleich große Bruchstücke immer noch einer der interessantesten Prozesse kollektiver Bewegung von Kernmaterie. Die Kernspaltung wie auch ihre zeitliche Umkehrung, die Fusion schwerer Kerne, ist ein ideales Testfeld für Theorien des nuklearen Vielteilchenproblems. Im Gegensatz zu anderen Transportphänomenen in der Physik handelt es sich hier um Prozesse in einem abgeschlossenen System mit endlicher Teilchenzahl von etwa 200 mit einer Überlagerung von sehr kurz‐und sehr langreichweitigen Kräften. Durch das Studium der kollektiven Bewegung dieses endlichen Systems hoffen wir, makroskopische Eigenschaften von Kernmaterie wie z. B. Viskosität bestimmen zu können.
Festkörper aus C60‐Molekülen: Eine neue Klasse von Hochtemperatur‐Supraleitern
Authors: Fink J. , Sohmen E.
Published: February 2013

Nach der Entdeckung einer Präparationsmethode für größere Mengen von C60‐Molekülen durch W. Krätschmer und Mitarbeiter war es möglich, deren Kondensat in eine neue Klasse von Festkörpern mit ungewöhnlichen Eigenschaften zu untersuchen. Bei Dotierung wurde metallische Leitfähigkeit und schließlich Supraleitung mit Sprungtemperaturen bis Tc = 48 K gefunden. Neben den Kupraten war damit eine zweite Klasse von Hochtemperatur‐Supraleitern entdeckt.
KAI zieht Bilanz ihrer Arbeit
Authors: Lahmer W.
Published: February 2013

Mit dem 31. 12. 1991 endete die Übergangsfinanzierung der ehemaligen Akademie der Wissenschaften (AdW), die Beschäftigungsverhältnisse der AdW‐Mitarbeiter liefen aus. Eine wichtige Rolle beim Übergang in die neustrukturierte Wissenschaftslandschaft spielte die „Koordinierungs‐ und Abwicklungsgesellschaft für die Institute und Einrichtungen der ehemaligen AdW der DDR”︁, kurz KAI‐AdW. Der folgende Beitrag beschreibt die von dieser Einrichtung im Übergangsjahr 1991 bewältigten Probleme und die Aufgaben der seit Jahresbeginn arbeitenden Nachfolgeorganisation. Er basiert auf einem Gespräch mit dem KAI‐Geschäftsführer H. Grübel.
Plädoyer für die eigenen Zeitschriften
Authors: Peschel I.
Published: February 2013

Die Zusammenkunft aller Physik‐Fachschaften (ZAPF) lehnt den Entwurf der Rahmenprüfungsordnung für den Studiengang Physik Diplom (RPO) in der Fassung vom 21. 6. 1991”︁ ab, weil er stark in die Gestaltung der Lehre durch die Universitäten und Fakultäten eingreift. Die im Entwurf vorgeschlagenen Regelungen beeinträchtigen die Qualität des Physik‐Studiums und sind nicht geeignet, die Studiendauer zu verkürzen. Die Breite der Ausbildung wird beeinträchtigt und die sich verändernden gesellschaftlichen Rahmenbedingungen nicht berücksichtigt.
Das Klima der nächsten 100 Jahre: Szenarienrechnungen mit dem gekoppelten globalen Ozean‐Atmosphärenmodell aus Hamburg
Authors: Cubasch U.
Published: February 2013

Mit einem in Hamburg1) entwickelten globalen Modell, das die Zirkulation der Atmosphäre und der Ozeane simuliert, wurde der Einfluß der anthropogenen Emission von Treibhausgasen auf das Klima der nächsten 100 Jahre hochgerechnet. Der zeitliche Verlauf der Emission ist darin nach einem Szenarium A („business as usual”︁) sowie einem Szenarium D („drakonian”︁) vorgegeben. Aus diesen Rechnungen geht hervor, daß am Ende des simulierten Zeitraums die bodennahe Lufttemperatur im globalen Mittel nach Szenarium A um 2.6 K und nach Szenarium D um 0.6 K angestiegen ist. Die räumlichen Muster der Klimaänderung der beiden Szenarien sowie eines dritten Experiments, demzufolge sich die Treibhausgaskonzentration in einer Stufe verdoppelt („2 × CO2”︁), ähneln sich weitgehend. über Ozeangebieten verzögert sich die globale Erwärmung stärker als in früheren Klimasimulationen, in denen der Ozean lediglich durch eine 50 m tiefe Wasserschicht repräsentiert war. Dieser Effekt verstärkt den Land‐See‐Kontrast und führt zu einer nur schwachen Erwärmung auf der Südhalbkugel, einige Regionen kühlen sich sogar ab. Während der ersten vierzig Jahre fallen sowohl die globale Erwärmung als auch der Anstieg des Meeresspiegels durch Wärmeausdehnung deutlich geringer aus, als man bisher mit sehr stark vereinfachten Modellen abgeschätzt hat. Ein Grund dafür könnte darin liegen, daß die Jahre vor 1985 bei der Berechnung der globalen Erwärmung nicht berücksichtigt werden („Kaltstartproblem”︁). Darüber hinaus besitzt der Ozean Eigenschwingungen mit so langen Perioden, daß selbst bei einer Simulationszeit von 100 Jahren nicht eindeutig klar wird, ob die zeitliche Verzögerung der Erwärmung direkt auf die Pufferwirkung der ozeanischen Wassermassen zurückzuführen ist oder nur die starke interne Variabilität des Ozean‐Atmosphärensystems widerspiegelt. Die vorliegenden Berechnungen stellen jeweils nur eine einzige Vorhersage über das Klimageschehen der Zukunft dar. Um die Genauigkeit dieser Vorhersagen abzuschätzen und die Schwankungsbreite der Ergebnisse anzugeben, sind weitere Simulationsrechnungen, auch solche mit Modellen anderer Forschergruppen, notwendig.
Quarkfreiheitsgrade und die magnetischen Momente der Kerne
Authors: Faessler A.
Published: February 2013

Betrachtet man die Nukleonen eines Kerns als aus drei effektiven Valenzquarks zusammengesetzte Teilchen, so erhält man zusätzliche Ströme im Kern aufgrund des Austausche von Quarks zwischen den Nukleonen. Diese Ströme sind echte Quarkfreiheitsgrade, die auf der Nukleonenebene nicht auftreten können. Sie können die magnetischen Momente der Kerne um 20 % modifizieren!
JESSI — neue Perspektiven für die europäische Mikroelektronik
Authors: Jerke G. , Rollnik H.
Published: February 2013

Als Antwort auf den verschärften weltweiten Wettbewerb in der Mikroelektronik wurde mit JESSI eine europäische Forschungsinitiative für eine eigenständige Mikroelektronik‐Industrie in Europa gegründet. Anfang 1992 ist JESSI in seine Hauptphase getreten – Anlaß genug, das bisher Erreichte vorzustellen.
Lokalisierung von Licht durch Vielfachstreuung?
Authors: Maret G.
Published: February 2013

Läßt sich Licht durch Vielfachstreuung in stark streuenden, völlig ungeordneten — weißen — Materialien lokalisieren? Seit der Entdeckung eines schwachen Vorläufers der Lokalisierung, der kohärenten Rückstreuung (vgl. Titelbild), wird nach dem optischen Analogon zum Andersonschen Metall/Isolator‐Übergang experimcntell gesucht — bislang ohne Erfolg. Die optischen Experimente vermitteln jedoch ein besseres Verständnis der Interferenzeffekte in der diffusen Ausbreitung von Wellen und geben darüber hinaus unerwartet direkte Aufschlüsse über das Streumedium selbst. Dies hat zu einer Reihe neuer Anwendungen geführt, die auch für viele andere (klassische) Wellen, beispielsweise Ultraschall oder Mikrowellen, von Bedeutung sein dürften.
Zum Stellenwert der Schulphysik
Authors: Luchner K.
Published: February 2013

Etwa die Hälfte aller Gymnasiasten wählt Physik schon zwei Jahre vor dem Abitur ab. Der späte Beginn, die geringe Gesamtstundenzahl und der wohl unvermeidliche Schwierigkeitsgrad sind belastende Umstände für erfolgreichen Physikunterricht. Mehr Fürsorge für die lehrertypische Komponente des Studiums kann durch Lehrveranstaltungen zur Physikdidaktik erbracht werden.
Die Tau‐Charm‐Fabrik in Sparden
Authors: Wermes N.
Published: February 2013

Derzeit wird in Spanien ein e+e−‐Speicherring diskutiert, der mit höchster Luminosität im Energiebereich urn 4 GeV arbeiten soll. Bei dieser Energie werden Tau‐Leptonen und Mesonen mit Charm an der Erzeugungsschwelle produziert. Präzisionsexperimente mit dem Ziel, das Standardmodell der schwachen und der starken Wechselwirkung zu testen, sind vorgeschlagen. Spanien hat CERN urn Unterstützung bei der Durchführung des Projekts gebeten.
Über eine alte Anekdote
Authors: Casimir H. B. G.
Published: February 2013

Anekdoten werden meistens mündlich verbreitet, bevor sie niedergeschrieben werden. Dabei erfahren sie viele Änderungen, und von der gleichen Geschichte können mehrere Fassungen entstehen. Gar zu tragisch ist das nicht zu nehmen: Bei einer guten Anekdote sind genaue Einzelheiten von untergeordneter Bedeutung. Vielmehr soll sie dazu dienen, charakteristische Züge der Hauptpersonen in prägnanter Weise hervorzuheben. „Beim Erzählen einer wahren Geschichte soll man sich nicht zu sehr vom Zufall der Wirklichkeit beeinflussen lassen”︁, lautet ein vielzitierter Spruch (von dem ich, natürlicherweise, Urheber und Urfassung nicht kenne). Trotzdem ist es gelegentlich interessant, der Geschichte einer Geschichte auf den Grund zu gehen.
Der Kronjuwel: Gedanken zur Schließung der Kernphysikabteilung des Daresbury Laboratory in England
Authors: Gelletly W.
Published: February 2013

Anfang 1991 überraschte der Science and Engineering Research Council (SERC) die britischen Kernphysiker mit der Ankündigung einer drastischen, in kürzester Frist wirksam werdenden Mittelkürzung. Primär betroffen ist die Nuclear Structure Facility des SERC‐Laboratoriums in Daresbury mit einem Tandembeschleuniger als zentralem Gerät; 150 Mitarbeiter verlieren ihren Arbeitsplatz. Die Redaktion hat W. Gelletly, den Leiter der Nuclear Structure Facility, eingeladen, die Folgen dieser Schließung und die Lage der Kernphysik in Großbritannien zu beschreiben.
Nanostrukturen — Schlüssel zur Optoelektronik auf Siliziumbasis?
Authors: Jaros M.
Published: February 2013

Die große Herausforderung der neunziger Jahre auf dem Gebiet der Materialforschung ist die Erfindung eines Lichtemitters auf Siliziumbasis. Möglicherweise führen Übergitter aus nanostrukturierten Si‐ und Ge‐Schichten zu diesem hochgesteckten Ziel.
Berlin‐Adlershof ‐ auf dem Weg zu einer „Integrierten Technologielandschaft”︁
Authors: Lahmer W.
Published: February 2013

Nach den Empfehlungen des Wissenschaftsrates soll in Berlin‐Adlershof eine integrierte Landschaft aus Wirtschaft und Wissenschaft entstehen. Die Umsetzung dieser Empfehlungen schien bis vor kurzem fraglich, mittlerweile bestehen aber berechtigte Hoffnungen, daß sich Adlershof zu einem Standort mit internationaler Ausstrahlung für neue Technologien entwickelt. Der folgende Beitrag beschreibt das Konzept.
Mit Buchstaben auf dem Computer rechnen: Über die Anwendung der Computeralgebra in Mathematik, Naturwissenschaft und Technik
Authors: Hehl F. W. , Meyer H.
Published: February 2013

Traditionellerweise rechnet man auf dem Computer mit Zahlen, d. h. numerisch. Inzwischen sind aber Software‐Pakete entwickelt worden (z. B. Axiom, Derive, Macsyma, Maple, Mathematica, Reduce), die es erlauben, mathematische Formeln auf dem Computer zu manipulieren. Man kann z. B. Polynome vereinfachen, nicht‐lineare algebraische Gleichungen analytisch lösen, Funktionen differenzieren und integrieren, Matrizen invertieren usw. Anhand einfacher Beispiele wird gezeigt, wie leistungsfähig die heutigen Systeme sind und wie man sie in Mathematik, Naturwissenschaft und Technik typischerweise anwenden kann.
LHC — große Pläne
Authors: Flügge G.
Published: February 2013

Der Plan, einen großen Hadron Collider LHC im LEP‐Tunnel zu bauen, ist Ende letzten Jahres vom CERN‐Rat prinzipiell gutgeheißen worden. Ein großes Treffen der Hochenergiephysiker in Evian war jetzt das Forum für eine breite Diskussion des experimentellen Programms am LHC. Im Mittelpunkt stand die Vorstellung der konkurrierenden Detektorentwürfe.
Rekordbeweglichkeiten im zweidimensionalen Elektronengas von Si/SiGe‐Heterostrukturen
Authors: Schäffler F.
Published: February 2013

Durch Verbesserungen der Schicht‐ und Wachstumsparameter ist es gelungen, modulationsdotierte Si/SiGe‐Heterostrukturen mit Tieftemperatur‐Elektronenbeweglichkeiten von über 170 000 cm2/Vs herzustellen. Dies ist der bislang höchste Wert für die Beweglichkeit von zweidimensionalen Elektronengasen in Siliziumkanälen und bedeutet eine Steigerung um mehr als einen Faktor vier gegenüber den besten, an MOSFETs gemessenen Werten.
Fortschritte in der Laserkühlung von Atomen
Authors: Wallis H. , Ertmer W.
Published: February 2013

Die theoretische und experimentelle Untersuchung von Lichtdruckeffekten befindet sich derzeit in einer stürmischen Entwicklung, deren Ausgangspunkt die Laserkühlung von Atomstrahlen ist. Inzwischen sind Lichtdruckeffekte zu einem wertvollen Werkzeug geworden, das nicht nur interessante experimentelle Präparationsmöglichkeiten eröffnet, sondern auch den Übergang vom klassischen zum wellenmechanischen Regime der Schwerpunktsbewegung erlaubt. Immer mehr Anwendungsfelder profitieren von diesen einzigartigen Untersuchungsmöglichkeiten an der Nahtstelle zwischen Atomphysik und Quantenoptik.
Zeitaufgelöste Terahertz‐Spektroskopie
Authors: Nuss M. C.
Published: February 2013

Die Entwicklung von kollimier‐ und fokussierbaren ultrakurzen Impulsen im Terahertz‐Frequenzbereich (1012 Hz) hat der Ultrakurzzeitspektroskopie in den letzten Jahren ein völlig neues Spektralgebiet im Ferninfraroten eröffnet. Diese sogenannte Terahertz‐Spektroskopie ermöglicht es, Materialeigenschaften im Ferninfraroten auf einer Subpikosekunden‐Zeitskala zu messen, zum Beispiel transiente Ladungsträger‐ und Transportphänomene in Halbleitern und Supraleitern.
Das Problem der Masse in der Elementarteilchenphysik
Authors: Fritzsch H.
Published: February 2013

Sowohl in der Atomphysik als auch in der Kernphysik führt man die Massen der Atome bzw. Kerne auf die Massen der Konstituenten (Elektronen, Kerne, Nukleonen) zurück. In der Teilchenphysik ist dies nicht mehr der Fall. Die Masse des Nukleons hängt eng mit dem Phänomen des „confinement”︁, also der permanenten Bindung der Quarks und Gluonen in der Quantenchromodynamik zusammen. Sie ist letztlich die auf ein kleines Volumen komprimierte chromodynamische Feldenergie und damit zumindest im Prinzip berechenbar. Unklar ist jedoch die Frage nach dem Ursprung der Massen der W‐ und Z‐Bosonen sowie der Leptonen und Quarks. Die Leptonen‐ und Quarkmassen zeigen eine bemerkenswerte hierarchische Struktur. Sie könnte der Schlüssel zum Zugang zur Physik jenseits des heutigen Standardmodells der Elementarteilchen sein.
Der Mathematisch‐Physikalische Salon im Dresdner Zwinger
Authors: Schillinger K.
Published: February 2013

Der mathematisch und physikalisch‐technisch interessierte Gast der sächsischen Landeshauptstadt wird bei einem Besuch des Zwingers sicher den „Mathematisch‐Physikalischen Salon”︁ entdecken und wahrscheinlich seine Schritte hineinlenken. Ihn erwartet ein Spezialmuseum für die Entwicklung der vorindustriellen Instrumenten‐ und Uhrenbaukunst und der Anwendung ihrer Erzeugnisse in ausgewählten Gebieten der angewandten Mathematik, Physik sowie verwandter Wissenschaftsdisziplinen.
Pionen in der Tumortherapie
Authors: Blattmann H.
Published: February 2013

Am Paul‐Scherrer‐Institut sind in den letzten zehn Jahren am 590‐MeV‐Protonenbeschleuniger fast 500 Patienten mit negativen Pionen behandelt worden. In einem interdisziplinären Projekt wurde eine neuartige dynamische Bestrahlungstechnik entwickelt, zu der die Therapieplanung, die dosimetrischen Überprüfungsmethoden und die Lagerungs‐ und Fixierungstechniken für die Patienten gehören. Die gewonnenen Erfahrungen werden in die Entwicklung einer kliniktauglichen Protonentherapie einfließen.
Wie seltsam ist das Nukleon?
Authors: Kolbe E. , Langanke K. , Krewald S.
Published: February 2013

Jüngste Experimente geben Hinweise darauf, daß die innere Struktur des Nukleons komplizierter ist als aufgrund des Drei‐Valenzquark‐Bildes vermutet wird. Insbesondere haben sie die Frage aufgeworfen, ob seltsame Quarks eine Rolle zum Verständnis der Eigenschaften des Nukleons spielen. Der folgende Artikel versucht erste Antworten zu geben und zeigt Experimente zur Klärung dieser grundlegenden Frage der Hadronenstruktur auf.
Zustandsbesetzung nach Maß: Ein Verfahren zum selektiven Besetzungstransfer in Atomen und Molekülen
Authors: Bergmann K. , Schiemann S. , Kuhn A.
Published: February 2013

Die vollständige Kontrolle der Besetzungsverteilung über atomare oder molekulare Quantenzustände vor und nach einem Prozeß ist seit langem ein wichtiges Ziel in der experimentellen Atom‐ und Molekülphysik. Laser sind dabei ein unverzichtbares Hilfsmittel. Techniken zur Manipulation von Besetzungsverteilungen haben vor allem die Schmalbandigkeit der Laserstrahlung ausgenutzt, später auch die hohe spektrale Leistungsdichte. Daß man auch die Kohärenz des Strahlungsfeldes für eine selektive Besetzung von Quantenzuständen nutzen kann, zeigt der nachfolgende Beitrag über das STIRAP‐Verfahren (STIRAP: STImulated Raman scattering involving Adiabatic Passage). Im Zentrum steht die Anregung von Schwingungsniveaus kleiner Moleküle.
Photonenmetrologie mit BESSY
Authors: Wende B.
Published: February 2013

In der Vergangenheit stützte sich die Radiometrie mit primären Strahlernormalen auf das Plancksche Strahlungsgesetz in Verbindung mit Hochtemperatur‐Hohlraumstrahlern; sie war daher auf die Spektralgebiete des IR, des Sichtbaren und des nahen UV beschränkt. Mit der nach Schwinger berechenbaren Synchrotonstrahlung von Elektronenspeicherringen wird heute die Radiometrie in einem um mehrere Dekaden erweiterten Spektralgebiet entwickelt. Mit dem primären Strahlernormal BESSY lassen sich spektrale Photonenflüsse darstellen, deren Unsicherheit im Röntgengebiet (Photonenenergie 15 keV) 0,6 % beträgt und zum Sichtbaren und nahen IR (Photonenenergie 1 eV) auf 0,2 % abnimmt. Mit BESSY I und II will die PTB bis Ende des Jahrzehnts radiometrische Einheiten mindestens von 1 eV bis 100 keV einheitlich mit Synchrotronstrahlung realisieren. Die gegenwärtig konzipierten Undulator‐Strahlernormale mit berechenbaren, durchstimmbaren, monochromatischen Photonenflüssen werden zusätzliche Fortschritte bei bisher ungelösten Aufgaben der Radiometrie von Vakuum‐UV‐ und weicher Röntgen‐Strahlung für Photonenenergien ≤ 1 keV ermöglichen.
Otto von Guerickes „Wettermännchen”︁
Authors: Moewes E.
Published: February 2013

Im Magdeburger „Freundeskreis Otto von Guericke”︁ entstand vor geraumer Zeit die Idee, möglichst alle Guerickeschen Experimente nachzuvollziehen und dazu auch die historischen Versuchsgeräte zu rekonstruieren. Zu diesen zählt auch Guerickes „Wettermännchen”︁, dessen Funktionsweise und Aufbau jedoch von Guericke selbst geheimgehalten worden war und dann über drei Jahrhunderte umstritten blieb. Nunmehr ist eine Rekonstruktion dieses physikalischen Geräts gelungen, das zu Guerickes Zeiten erhebliches Aufsehen erregt hatte. — Am 20. November 1992 ist des 390. Geburtstages von Otto v. Guericke zu gedenken.
Grundlagenforschung in Frankreich
Authors: Veyssié M.
Published: February 2013

Die Grundlagenforschung in Frankreich wird wesentlich von der zentralen Forschungsorganisation Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) geprägt und getragen. Die meisten Laboratorien des CNRS sind organisatorisch und personell eng mit den Universitäten verflochten. Internationalismus im Rahmen der europäischen Integration und Dezentralisierung sind Prozesse, die die Strukturen der Forschungsorganisation in Frankreich momentan verändern.
Nukleosynthese in homogenen und inhomogenen Urknallmodellen
Authors: Langanke K. , Rolfs C.
Published: February 2013

Die Erklärung der relativen Häufigkeiten der leichten Elemente gilt als der größte Erfolg der Urknallmodelle. Nach diesen Modellen sind die Nuklide D, 3He, 7Li und vor allem 4He in den ersten Minuten in einer sehr heißen, aber homogenen Phase unseres Universums synthetisiert worden. Die Annahme der Homogenität wird allerdings durch jüngste Erkenntnisse der Quantenchromodynamik in Frage gestellt: Gab es beim Phasenübergang unseres Universums vom Quark‐Gluon‐Plasma zu normaler hadronischer Materie eine zeitweise Koexistenz beider Phasen (Phasenübergang erster Art), so kann es während der Periode der Nukleosynthese zu merklichen Inhomogenitäten in der Baryonendichte gekommen sein. Es ist dann möglich, daß im Urknall auch schwere Elemente (Massen A > 9) mit Häufigkeiten hergestellt wurden, die knapp unterhalb der heutigen Beobachtungsschranken liegen.
Optische Spektroskopie einzelner Moleküle in einem Festkörper
Authors: Haarer D. , Kador L.
Published: February 2013

Bei herkömmlichen spektroskopischen Untersuchungen an kondensierter Materie stammen die beobachteten Signale von mindestens 1010 bis 1015 Molekülen, über deren Eigenschaften und Verhalten gemittelt wird. Seit einigen Jahren ist es jedoch möglich, einzelne Dotierungsmoleküle in einem auf tiefer Temperatur gehaltenen Festkörper optisch nachzuweisen. Dadurch wird es möglich, die Wechselwirkung eines Moleküls mit seiner Matrixumgebung mit extremer Orts‐ und Frequenzauflösung zu studieren. Eine interessante Anwendung für zukünftige Experimente könnte darin bestehen, Tunnelzustände in amorphen Festkörpern oder Gitterfehler in Kristallen aufgrund ihrer Auswirkungen auf das Verhalten eines in der Nähe befindlichen einzelnen Dotierungsmoleküls genauer als bisher zu charakterisieren.
Physik in Polen — Herausforderung und Chance
Authors: Spałek J.
Published: February 2013

Der politische Wandel im Jahr 1989 hin zur Demokratie stellt auch die polnische Wissenschafts‐ und Bildungslandschaft in ihrer jetzigen Form vor eine große Herausforderung. Zugleich bietet sich damit aber auch die Chance, neue Strukturen zu entwickeln. Die Redaktion hat Herrn Prof. Jozef Spałek, Theoretischer Physiker an der Universität Warschau, gebeten, vor diesem Hintergrund die Lage der Physik in unserem Nachbarland Polen zu beschreiben. Sein Bericht beginnt mit einem kurzen historischen Abriß, danach beschreibt er den Status quo und zeigt schließlich auf, in welche Richtung die Entwicklung gehen könnte.
Ansichten: Zwischen den Stühlen: Industriephysiker oder Hochschullehrer? — Ein Brief von Walter Schottky aus dem Jahre 1960
Authors: Schottky Walter
Published: February 2013

Anläßlich der Fünf‐Jahr‐Feier des Walter‐Schottky‐Instituts der TU München Mitte Juli verlas Dr. Martin Schottky, der Enkel Walter Schottkys, einen bislang niemals vollständig veröffentlichten Brief seines Großvaters vom 18. Mai 1960 an den damaligen Rektor der TU Berlin, Prof. Schnutenhaus. Anlaß war die vorausgegangene Ehrenpromotion von Schottky durch die TU Berlin am 17. Februar 1960. Aufgrund einer kurz davor überstandenen Stimmbandoperation war Schottky nicht in der Lage gewesen, sich während des Festaktes mit einer Rede für die Ehrung zu bedanken. Die im Brief angesprochene Frage, wo sich ein hochbegabter Wissenschaftler besser entfalten kann, an der Hochschule oder in der Industrie, ist heute mindestens so aktuell wie vor Jahrzehnten. Auch Schottkys Reflexionen zum Spannungsfeld Lehre—Forschung haben nichts an Bedeutung eingebüßt. (Red.)
Einfluß und Verantwortung der Wissenschaft: Auszug aus einem im Orden pour le Mérite für Wissenschaften und Künste gehaltenen Referat (Oktober 1993)
Authors: v. Weizsäcker C. F.
Published: February 2013

Welche Verantwortung trägt die Wissenschaft für die Folgen ihres Tuns? Welches Maß an Einflußnahme auf gesellschaftlich‐politische Entscheidungen ist geboten? Welchen Handlungsmaximen soll der einzelne folgen? In jeder Phase ihrer 50jährigen Geschichte haben die Physikalischen Blätter Fragen dieser Art aufgegriffen und verantwortungsvoll diskutiert. Wie kein zweiter hat sich Carl Friedrich von Weizsäcker in seinen Vorträgen, Aufsätzen und Büchern mit dieser Problematik auseinandergesetzt. Er hat damit im Kreis der Wissenschaftler, aber auch weit darüber hinaus, die Verantwortung von Wissenschaft und Technik bewußt gemacht und zur aktiven Wahrnehmung solcher Verantwortung aufgerufen. Von Weizsäcker war die treibende Kraft beim Zustandekommen der „Göttinger Erklärung”︁ vom 12. April 1957 (siehe Seite 31), einem herausragenden Zeugnis für aktiv wahrgenommene Verantwortung durch deutsche Physiker. Seither haben die Probleme, die nach verantwortungsvoller Einflußnahme durch Wissenschaftler verlangen, an Zahl und Bedeutung eher zu‐ als abgenommen. Vor diesem Hintergrund hat die Redaktion Herrn von Weizsäcker gebeten, diese Problematik aus heutiger Sicht zu beleuchten. (E. D.)
Magnetische Resonanz an einzelnen Spins
Authors: von Borczyskowski C. , Wrachtrup J. , Orrit M. , Bernard J. , Brown R.
Published: February 2013

Kürzlich wurde der optische Nachweis einzelner Moleküle in Festkörpern bei Temperaturen unterhalb von 10 K berichtet. Damit steht eine hochempfindliche Sondenmethode zur Verfügung, die zur Charakterisierung von Festkörpereigenschaften auf einer Skala von einigen Nanometern beiträgt, ohne daß die sonst in der Spektroskopie notwendige Ensemblemittelung nötig ist. Die Kombination der optischen Spektroskopie mit magnetischen Resonanzverfahren erlaubt jetzt auch den Nachweis einzelner Spins. Neben der Beobachtung von Quantenphänomenen, Spinkohärenz und der Äquivalenz von Zeit‐ und Ensemblemittelung sind hochempfindliche Messungen der Orientierung von einzelnen Molekülen in äußeren Magnetfeldern und auf Oberflächen denkbar.
Evolutionäre Algorithmen — ein robustes Optimierkonzept
Authors: Rudolph G. , Schwefel H.‐P.
Published: February 2013

Naturwissenschaftler und Ingenieure haben es oft mit Optimierungsproblemen zu tun, bei denen die bekannten analytischen Methoden versagen. Vor diesem Hintergrund gelangte die „Bionik”︁ (Kunstwort aus Biologie und Technik) zu Bedeutung, d. h. das wissenschaftliche Arbeitsgebiet, in dem von der Natur hervorgebrachte Lösungen, Strukturen und Prinzipien daraufhin untersucht werden, ob sie Optimallösungen darstellen und inwieweit sie sich zur Optimierung technischer Probleme heranziehen lassen. Etwa ab Anfang der 60er Jahre begannen mehrere Arbeitsgruppen unabhängig voneinander, die Prinzipien der Evolution nachzuahmen, um sie im Sinne der Optimierregeln einzusetzen. Solche Verfahren, die ständig verfeinert und durch ständig schnellere Computer immer leistungsfähiger werden, bezeichnet man heute als „Evolutionäre Algorithmen”︁. In diesem und dem folgenden Beitrag sowie einem weiteren, der im nächsten Heft erscheint, werden die drei wichtigsten Evolutionären Algorithmen — die genetischen Algorithmen, das Evolutionary Programming und die Evolutionsstrategien — vorgestellt und ihre Leistungsfähigkeit an Beispielen demonstriert. (Red.)
Photothermische Mikroskopie zeigt verborgene Defekte in UV‐Hochleistungsoptiken
Authors: Reichling M. , Kaiser N. , Bodemann A.
Published: February 2013

Bei der Entwicklung immer leistungsfähigerer Lasersysteme stellen die Beschichtungen der optischen Komponenten zur Strahlerzeugung und Strahlführung eine Herausforderung an den Schichthersteller dar. Neue Fertigungstechniken und die Berücksichtigung neuester Erkenntnisse, die mit optischen und nichtoptischen Charakterisierungsmethoden gewonnen wurden, erlauben heute UV‐Spiegel höchster Laserfestigkeit herzustellen. Am Fraunhofer‐Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) Jena wurde ein Höchstwert im Einzelschußregime von 16 J/cm2 bei 248 nm erreicht. Entscheidend bei der weiteren Verbesserung der Laserfestigkeit der Schichtsysteme ist es, Absorptionszentren in den optischen Schichten zu vermeiden. Die Photothermik erlaubt den Nachweis minimaler Absorptionen mit Mikrometerauflösung.
Emeriti erinnern sich: Die Entstehung des Schalenmodells der Atomkerne
Authors: Haxel O.
Published: February 2013

Am 2. April feiert Professor Otto Haxel seinen 85. Geburtstag, zu dem ihm seine Freunde, Kollegen und Schüler herzlich gratulieren. Im wissenschaftlichen Lebenswerk Otto Haxels, das die Physikalischen Blätter zuletzt im April 1985 gewürdigt haben, ragt die Begründung des Schalenmodells des Atomkerns (gemeinsam mit J. H. D. Jensen und H. E. Suess) besonders hervor. Die Redaktion freut sich, einen Vorabdruck aus dem dieser Tage erscheinenden Buch [Heidelberger] „Emeriti erinnern sich”︁* abdrucken zu können, zu dem Herr Haxel einen längeren Beitrag mit dem Titel „Wie ich die Entstehung der Physik der Atomkerne erlebte”︁ beigesteuert hat. Ein Unterkapitel daraus sind die im folgenden wiedergegebenen Erinnerungen an die Entstehung des Schalenmodells der Atomkerne. Der Beitrag fügt sich in eine lose Folge von Erinnerungen und Reflexionen großer Physiker, die den 50. Jahrgang der Physikalischen Blätter abrunden werden.
Monte‐Carlo‐Zugang zum Kernschalenmodell
Authors: Koonin S. E. , Langanke K. , Dean D. J.
Published: February 2013

Das Schalenmodell wechselwirkender Nukleonen gilt allgemein als die fundamentalste Theorie des Kerns. In der konventionellen Formulierung als ein Matrixdiagonalisierungsproblem sind seinen Anwendungen wegen der erforderlichen Computerleistung enge Grenzen gesetzt. Eine Umformulierung des Schalenmodells durch Pfadintegrale ist frei von diesen Beschränkungen und erlaubt die Untersuchung eines weiten Gebietes neuer und aufregender Kernphysik.
Mikrogravitationsexperimente zur thermomagnetischen Konvektion
Authors: Odenbach S.
Published: February 2013

In Suspensionen magnetischer Teilchen, sogenannten Ferrofluiden, kann mittels geeigneter magnetischer Felder thermische Konvektion auch ohne die Wirkung der Schwerkraft erzeugt werden. Um diese thermomagnetische Konvektion unabhängig von der Auftriebskonvektion im Schwerefeld untersuchen zu können, wurden Experimente unter Mikrogravitation durchgeführt. Hierbei wurde insbesondere der Versuch unternommen, derartige Konvektionsphänomene am Fallturm „Bremen”︁ zu untersuchen, da an diesem Forschung unter Schwerelosigkeit unter besonders günstigen experimentellen Rahmenbedingungen und mit niedrigen Kosten möglich ist.
Rechnen mit Neuronalen Netzen
Authors: Männer R. , Lange R.
Published: February 2013

Im ersten Teil dieses Beitrags (Mai‐Heft, [1]) wurden die funktionalen Eigenschaften von Neuronalen Netzen und das „Trainieren”︁ beschrieben. Für viele interessante Aufgaben, die mit Hilfe von Neuronalen Netzen gelöst werden könnten, reicht jedoch die Rechenleistung herkömmlicher Computer nicht aus, und es ist unerläßlich, spezielle Rechner zu entwickeln. Im folgenden werden drei verschiedene Konzepte für solche Neurorechner vorgestellt. Dazu zählen digitale Neurocomputer, bei denen die zeitkritische Matrix‐Vektor‐Multiplikation durch spezielle Hardware unterstützt wird, die aber ansonsten frei programmierbare Rechner sind, ferner sehr schnelle, auf Analog‐Elektronik basierende integrierte Schaltungen und schließlich optische Neuronale Netze, die zwar noch in den Kinderschuhen stecken, aber sehr hohe Leistungen erwarten lassen.
„Reichskanzler der Wissenschaften”︁/Zum 100. Todestag des Physikers, Physiologen und Philosophen Hermann von Helmholtz
Authors: Hoffmann D. , Ebeling W.
Published: February 2013

„Ich bewundere den originellen Kopf Helmholtz immer mehr”︁, schrieb der zwanzigjährige Student Albert Einstein an seine Kommilitonin und spätere Frau Mileva Maric. Solcherart Wertschätzung wird sich schwerlich bei heutigen Studenten und schon gar nicht in deren Liebesbriefen finden lassen. Einer breiteren Öffentlichkeit ist Helmholtz heute wohl nur noch durch den Augenspiegel, dessen Erfinder er war, und wegen seines Beitrags zur Entdeckungsgeschichte des Energieprinzips bekannt. Beides waren wissenschaftliche Großtaten, und doch umreißen sie nur einen Bruchteil eines Lebenswerkes, das ihn als einen der letzten Universalgelehrten ausweist. Anläßlich des 100. Todestages von Hermann von Helmholtz soll dies skizzenhaft gewürdigt werden.
Elektronisches Publizieren: Vor dem Phasensprung
Authors: Sietmann R.
Published: February 2013

Physiker gehörten zu den ersten, die die Vorteile der e‐mail für die Kommunikation unter Fachkollegen entdeckten und nutzten. Doch die elektronische Distribution von Preprints über das Internet ist nur die Speerspitze einer radikalen Umwälzung des wissenschaftlichen Publikationswesens. Das Ziel, der schnelle Zugriff auf Veröffentlichungen mit dem Arbeitsplatz‐Computer, ist klar — weit weniger klar hingegen ist, wer welche Rolle übernimmt, insbesondere bei wem die Verantwortung für die Infrastruktur liegen soll.
Tschechien — Lagebericht und Stimmungsbild
Authors: Eckertová L. , Zajac S.
Published: February 2013

Wie in anderen Ländern des ehemaligen Ostblocks haben die politischen und ökonomischen Veränderungen auch in Tschechien große Auswirkungen auf die Forschung. Existenzängste führen dazu, daß viele junge Leute die Physik verlassen und sich finanziell lukrativeren Berufen zuwenden. Ludmila Eckertová und Stefan Zajac zeichnen auf Einladung der Redaktion ein Bild von der Stimmung der Physiker in unserem Nachbarland.
Elementspezifische Abbildung magnetischer Mikrostrukturen: Der magnetische Dichroismus in der Elektronenemission läßt sich zur Untersuchung magnetischer Domänen mittels Synchrotronstrahlung nutzen
Authors: Schneider C. M. , Meinel K. , Kirschner J. , Neuber M. , Grunze M.
Published: February 2013

Die kürzliche Entdeckung des magnetischen Dichroismus in der Elektronenemission ist ein Meilenstein in der Entwicklung des Gebietes Oberflächenmagnetismus. Durch diesen Effekt werden magnetische Phänomene an Oberflächen und in Dünnschichtsystemen auf einfache Weise mittels elektronenspektroskopischer Methoden charakterisiert. Die Abbildung magnetischer Domänen mit chemischer Selektivität ist insbesondere für die Entwicklung und Optimierung moderner magnetischer Datenspeichermedien von grundlegender Bedeutung.
Chaos und fraktale Energiespektren in Antidot‐Gittern
Authors: Fleischmann R. , Geisel T. , Ketzmerick R. , Petschel G.
Published: February 2013

Seit den Anfängen der Quantenmechanik hat die scheinbar einfache Untersuchung eines geladenen Teilchens in einem periodischen Potential mit Magnetfeld zu immer neuen Überraschungen geführt. So ist die klassische Dynamik des Teilchens chaotisch und führt z. B. zu einem negativen Hall‐Widerstand, während die Quantenmechanik ein fraktales Energiespektrum und Quantendiffusion hervorbringt. Im Alltag, z. B. an einem Stück Eisen im Erdmagnetfeld, sind diese faszinierenden Phänomene allerdings nicht beobachtbar. Man muß entweder Magnetfelder von 105 Telsa erzeugen, was weit jenseits der heutigen experimentellen Möglichkeiten liegt — oder man muß künstliche Kristalle mit Perioden von ca. 1000 Ångström herstellen. Seit die moderne Halbleiterphysik mit der sogenannten Nanofabrikation künstliche Kristalle z. B. in Form von Antidot‐Gittern bereitstellt, werden große Anstrengungen unternommen, Chaos und fraktale Spektren experimentell und theoretisch zu untersuchen. Im folgenden werden neuere Ergebnisse zu Widerstandsanomalien sowie zu fundamentalen Zusammenhängen zwischen Quantendynamik und multifraktalen Eigenschaften beschrieben.
Test von Supersymmetrie: Doppelbetazerfall und Teilchenbeschleuniger
Authors: Hirsch M. , Klapdor‐Kieingrothaus H. V. , Kovalenko S.
Published: February 2013

Supersymmetrie („SUSY”︁) gilt heute als der wahrscheinlichste Kandidat für die Theorie jenseits des Standardmodells der Elementarteilchenphysik. SUSY bezeichnet eine Verallgemeinerung des Symmetriebegriffs, die Bosonen mit Fermionen verknüpft (s. z. B. J. Wess, Phys. Bl. 43 (1987) 2). Neue Abschätzungen aus dem Doppelbetazerfall liefern nun die schärfsten bisher bekannten Grenzen für die Stärke der R‐Paritätsverletzung.
Magnetokardiographie mit SQUID‐Sensoren
Authors: Koch H.
Published: February 2013

Nahezu eine Dekade nach Entdeckung der Hoch‐Tc‐Supraleitung (HTS) wird die Frage nach konkreten Anwendungen immer drängender gestellt. Biomagnetische Messungen mit supraleitenden Quanteninterferometern (SQUIDs = Superconducting QUantum Interference Devices) und hier besonders die Magnetokardiographie (MKG) kommen diesem Ziel bereits nahe. Aufgezeigt werden auch die Schwierigkeiten bei der Umsetzung von grundlegenden Entdeckungen zu marktfähigen Produkten trotz umfangreicher Forschungs‐ und Entwicklungsarbeiten.
Photorefraktive Polymere für die holographische Interferometrie
Authors: Zobel O. , Schloter S. , Haarer D.
Published: February 2013

Photorefraktive Polymere sind bildgebende Materialien, die sich instantan selbst entwickeln und, in Form dünner Schichten, als hervorragende holographische Speichermaterialien erweisen. Wegen ihrer herausragenden optischen Eigenschaften sind sie in den letzten Jahren im Bereich der Optoelektronik in den Mittelpunkt des Forschungsinteresses gerückt. Bei der dynamischen oder Echtzeitholographie läßt sich ein Bild gleichzeitig schreiben und lesen, ohne einen zwischenzeitlichen Entwicklungs‐ und Fixierprozeß. Damit sind Bauelemente zum rein optischen Schalten, zur optischen Mustererkennung und Bildverarbeitung sowie zur holographischen Interferometrie in Echtzeit realisierbar.
Atomare Auflösung auf einem Isolator mittels Rasterkraftmikroskopie
Authors: Lüthi R. , Bammerlin M. , Meyer E.
Published: February 2013

Mit einem schwingenden Meßsensor läßt sich in der Rasterkraftmikroskopie echte atomare Auflösung erreichen. Erstmals gelang es nun, einzelatomare Defektstrukturen auch auf einer Isolatoroberfläche abzubilden.
Supernova Explosions, Black Holes and Nucleon Stars
Authors: Brown G. E.
Published: February 2013

In the collapse of large stars matter is formed at supranuclear densities. At a density ρ ∼ 3ρ0, where ρ0 is the nuclear matter density, K−‐mesons replace electrons, and go into a Bose condensate. This soft equation of state gives a maximum mass for neutron stars of ∼1.5 M⊙. It is argued that the last nearby supernova, SN 1987A, went into a black hole. A new scenario of binary neutron star evolution is developed which results in the two masses in a given binary being nearly equal and all neutron star masses lying in a narrow band 1.3 M⊙ < MNS < 1.5 M⊙.
Die Entdeckung der Multipol‐Riesenresonanzen in Atomkernen
Authors: Brown G. E.
Published: February 2013

Die Riesenresonanzen sind elementare Dichteschwingungen des Atomkerns, vergleichbar mit den Schallwellen in einer Flüssigkeit. Die Systematik der Resonanzfrequenzen gibt wichtige Aufschlüsse über die Eigenschaften eines stark wechselwirkenden, endlichen Vielteilchensystems und, durch Extrapolation, auf die homogene Kernmaterie, wie sie z. B. in Neutronensternen vorliegt. Die theoretische Analyse der Experimente ergibt, daß – im Gegensatz zu klassischen Flüssigkeiten – die Rückstellkräfte der Schwingungen nicht durch Teilchenstöße, sondern durch Deformationen des mittleren Kernpotentials hervorgerufen werden, also auf Quanteneffekten beruhen, im Einklang mit dem Schalenmodell (dieses Phänomen ist im flüssigen 3He als „nullter Schall”︁ bekannt). Die Entdeckung der Quadrupol‐Riesenresonanz, die im folgenden beschrieben wird, hat entscheidend zu diesem Verständnis beigetragen.
Wie kühlt und speichert man Atome mit Laserlicht?
Authors: Birkl G. , Sengstock K. , Ertmer W.
Published: February 2013

Mit der Verleihung des diesjährigen Nobelpreises für Physik an Steven Chu (Stanford University), Claude Cohen‐Tannoudji (ENS, Paris) und William D. Phillips (NIST, Gaithersburg) würdigt die Schwedische Akademie der Wissenschaften die bahnbrechenden Arbeiten zum Kühlen und Speichern von Atomen mit Laserlicht. Die seit etwa 15 Jahren zur Verfügung stehenden Methoden zur gezielten Manipulation der äußeren Freiheitsgrade von Atomen durch die Einstrahlung von Lichtfeldern haben neue, weitreichende Entwicklungen in der Atomphysik sowie der Quanten‐ und Atomoptik stimuliert. Neben dem besseren Verständnis der Wechselwirkung von Strahlung mit Materie haben die Arbeiten zahlreiche Anwendungsfelder, z. B. Hochpräzisionsspektroskopie, Atomuhren, Atominterferometrie, Atomlithographie, Stoßphysik und die Wechselwirkung von Atomen mit Oberflächen, erheblich erweitert bzw. erst erschlossen.
Nahfeldleuchten einzelner metallischer Nanopartikel
Authors: von Plessen G. , Feldmann J.
Published: February 2013

Kleinste Edelmetallteilchen finden schon seit vielen Jahrhunderten eine wichtige Anwendung in der Glasfärbung. So rühren die strahlenden roten und gelben Farben mittelalterlicher Kirchenfenster von Kupfer‐, Gold‐ und Silberteilchen her, die in das Fensterglas eingebettet sind. Trotz vieler technischer Anwendungen und langer Forschung birgt die Wechselwirkung dieser Metallpartikel mit Licht immer noch Überraschungen. In jüngsten Experimenten zeigte sich, daß einzelne Gold‐Nanopartikel, die sich im optischen Nahfeld einer Glasfaserspitze befinden, aufleuchten, wenn das oszillierende Nahfeld Oberflächenplasmonen in ihnen anregt. Die spektroskopische Vermessung dieses Nahfeldleuchtens erlaubt es, die Eigenschaften von Plasmonenresonanzen in einzelnen Gold‐Nanopartikeln zu bestimmen und damit die für viele Anwendungen relevante Verstärkung des lokalen Feldes in der direkten Umgebung der Partikel anzugeben.
Energiemeteorologie
Authors: Heinemann Detlev , Parisi Jürgen , Waldl Hans‐Peter , Beyer Hans Georg
Published: February 2013

Die meteorologischen Randbedingungen der Energieversorgung gewinnen gegenwärtig mit steigendem Tempo an Bedeutung: Mit außerordentlich hohen relativen Wachstumsraten werden erneuerbare Energien in die Stromversorgungsstrukturen integriert, so daß nicht nur die Nutzung elektrischer Energie, sondern verstärkt auch ihre Erzeugung durch das Wettergeschehen beeinflußt wird. Dies verlangt nach neuen Methoden, die den vielfältigen Einfluß der Meteorologie auf die Energieerzeugung aus diesen Quellen beschreiben und meteorologische mit physikalisch‐technischen Fragestellungen verknüpfen. So sind für einen wirtschaftlichen Einsatz von Wind‐ und Solarenergie detaillierte Kenntnisse der grundsätzlich verfügbaren Ressourcen nötig, aber auch verläßliche kurzfristige Vorhersagen der entsprechenden Energieflüsse sind häufig ein „Muß”︁ für eine erfolgreiche Anwendung. Diesen vielfältigen neuen Aufgaben widmet sich die Energiemeteorologie.
Max‐Planck‐Medaille: One Hundred Years of Nonequilibrium Patterns
Authors: Hohenberg Pierre
Published: February 2013

Among the simplest macroscopic nonequilibrium systems are spatially uniform ones in which energy is fed in at a steady or periodic rate. An example is a horizontal layer of fluid heated from below (Rayleigh‐Bénard convection) for which the control parameter R, describing the rate at which energy is fed into the system, is the temperature difference between the top and bottom plates of the layer. In a typical scenario the system remains uniform for small R, but the homogeneous state undergoes a linear instability at a critical value Rc, above which a spatial pattern emerges and grows. Initially this pattern is often spatially regular and either stationary or periodic in time. As R increases new instabilities and patterns occur, with increasing manifestations of disorder in space and time. Near the linear instability it can be shown that the system obeys universal “amplitude equations” or “Ginzburg‐Landau equations” whose solutions show many features in common with experimental systems. Examples of regular and irregular phenomena that will be discussed include pattern selection, front propagation, and spatiotemporal chaos.