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Teilchen
Wissenschaftler erforschen mit der „Bose-Einstein-Kondensation“ ultrakalte Gaswolken, deren Atome den gleichen „Quantenzustand“ besetzen.
Universum
Seit rund 25 Jahren suchen Physiker nach einem hypothetischen Teilchen – dem Axion. Es könnte ein fundamentales Problem der Elementarteilchenphysik lösen.
Wie man die ganze materielle Welt auf 92 Grundbausteine zurückgeführt hat, ist eines der spannendsten Kapitel in der Geschichte der Wissenschaft.
Das Weltraumobservatorium Herschel wird neue Beobachtungen im Fern-Infrarot-Bereich ermöglichen und die Strahlung von interstellaren Staub- und Gaswolken vermessen.
Die potentielle Energiequelle Kernfusion findet nur in einem ultraheißen Plasma statt – extrem starke Magnetfelder sind nötig, um dieses Plasma zu bändigen.
Wenn ein intensiver Laserstrahl auf Materie trifft, kann er diese in ein Plasma verwandeln. Laserplasmen können sogar als Teilchenbeschleuniger dienen.
Seit hundert Jahren versuchen Forscher, mithilfe der kosmischen Strahlung etwas über die Strukturen der Materie im Kleinen und des Universums im Großen zu erfahren.
Für Einstein war die chaotische Bewegung von Elektronen in Atomen ein Argument gegen das Quantenmodell der Elektronenhüllen. Doch hier irrte Einstein.
Die Quantentheorie behauptet, dass der Zustand mikroskopischer Objekte vor einer Messung nicht nur nicht bekannt, sondern völlig unbestimmt ist.
Die kosmische Hintergrundstrahlung ist ein Überrest aus der Zeit des Urknalls. Mit dem Satelliten COBE haben Wissenschaftler sie erstmals vermessen.
Ein internationales Forscherteam am Max-Planck-Institut für Quantenoptik hat zum ersten Mal Elektronen beobachetet, die aus einem Atom „heraustunneln“.
Jede Sekunde rasen unzählige kosmische Neutrinos durch die Erde – nahezu ungehindert. Ihre Detektion ist eine mühsame, aber viel versprechende Aufgabe.
Woher kommen wir? Wohin gehen wir? Wie ist der Kosmos beschaffen? Diese Fragen beschäftigen die Menschen seit Jahrtausenden.
Die klassische Astronomie nutzte nur sichtbares Licht von Himmelskörpern. Mittlerweile sind Beobachtungen von vielen Spektralbereichen und kosmischen Teilchen Routine.
Das Bild vom Aufbau der Materie von Demokrit (460–371 v. Chr.) bis Bohr (1885–1962)
Am Hochfeldmagnetlabor in Grenoble entdeckten Physiker 1980 den Quanten-Hall-Effekt. Fünf Jahre später erhielt Klaus von Klitzing dafür den Nobelpreis für Physik.
Materie
Stellten die bisher bekannten Hochtemperatursupraleiter ein großes Rätsel der Festkörperphysik dar, so wirft eine neue Klasse von eisenhaltigen Supraleitern noch weitere Fragen auf.
Mit ausgeklügelten mathematischen und technischen Methoden gelingt es, immer schärfere Einblicke in Kristallstrukturen zu erhalten.
Eine der erfolgreichsten Methoden, um einzelne Teilchen zu manipulieren, beruht auf der Kombination von elektromagnetischen Fallen und Laserkühlung.
Nach Jahren in den USA kam der Physiker Bjørn Wiik 1971 mit der Idee nach Deutschland, ein überdimensionales Elektronenmikroskop für Protonen zu bauen.
Neutronen sind eine außergewöhnliche Sonde, mit der kondensierte Materie untersucht werden kann.
Nano-Optik umfasst optische Methoden, mit denen sich einzelne Nanoteilchen und Nanostrukturen herstellen, untersuchen und manipulieren lassen.
Gerd Fußmann vom Max-Planckinstitut für Plasmaphysik und der Berliner Humboldt-Universität erzeugt in seinem Labor Plasmabälle, die bei der Erklärung von Kugelblitzen helfen könnten.
Das Prinzip eines Rasterkraftmikroskops ist denkbar einfach. Im einfachsten Fall liegt die Sonde auf der Probe wie die Nadel eines Schallplattenspielers auf einer Schallplatte.
Die Entdeckung von winzigen Schwarzen Löchern in Extra-Raumdimensionen wäre eine wissenschaftliche Sensation und würde unser Weltbild revolutionieren.
Ganz ähnlich wie Teppiche lassen sich auch hauchdünne Materialschichten aufrollen – und die so entstehenden Nanoröhrchen führen zu neuen technischen Anwendungen.
Ultrakalte Gaswolken, deren Atome den gleichen „Quantenzustand“ besetzen, sogenannte Bose-Einstein-Kondensate, könnten die Entwicklung völlig neuer Technologien anstoßen.
Mithilfe kurzwelliger Elektronenstrahlen können die Wissenschaftler direkt verfolgen, was in Kristallgittern beim Abkühlen oder Erhitzen, Stauchen oder Dehnen einer Materialprobe vor sich geht.
Licht verhält sich im sogenannten Nahfeld einer Lichtquelle anders als im Fernfeld, welches wir ausschließlich wahrnehmen
Die in der Natur und im Labor zugänglichen Temperaturen reichen von einer Milliarde Grad im Zentrum der heißesten Sterne herad bis zu zwei Millionstel Kelvin.
Forschern ist es gelungen, konventionelle organische Moleküle und leitfähige Polymere zu Materialien aus winzigen Nanozylindern zu vereinen.
Die Untersuchung einer neuen Klasse von Hochtemperatursupraleitern mit Synchrotronstrahlung bei hohen Drücken bestätigt die theoretischen Vorhersagen.
Viele Aspekte der starken Kraft sind bereits erforscht – aber viele Fragen bleiben: zum Beispiel die nach der Art des Zusammenhalts der Quarks in den Kernbausteinen.
Bei der Spin-Elektronik sollen nicht nur die elektrische Ladung, sondern auch die Eigenrotation (Spin) von Elektronen und Atomkernen zur Verarbeitung und Kodierung von Informationen verwendet werden.
Wie sieht der Zollstock der Astronomen aus für Entfernungen innerhalb unserer Galaxie aus?
Selbst im Teleskop erscheinen Sterne nur als Lichtpunkte. Woher wissen die Astronomen also eigentlich, wie groß Sterne sind?
Aufgrund der in Ferromagneten vorhandenen „Austauschwechselwirkung“ unterscheidet sich die Energie von Elektronen mit verschiedenen Spin-Richtungen.
Carola Meyer sperrt Spins in Käfige aus Kohlenstoff-Molekülen und ist von der männlichen Übermacht in der Quantenphysik nicht zu beeindrucken.
Noch ist unser blauer Planet etwas Besonderes. Doch die Erde könnte ihren Sonderstatus schon bald verlieren, denn immer mehr Explaneten werden entdeckt.
Wie misst man die riesigen Entfernungen zu anderen Galaxien und ihren Sternen?
Die Spintronik verheißt die Grenzen der herkömmlichen Halbleitertechnologie zu übertreffen. In Zukunft könnten Spinwellen-Solitonen die Daten im Computer superschnell übertragen.
Die Masse entscheidet – so einfach lässt sich die Entwicklung der Sterne charakterisieren. Was wann und wie aus einem Stern wird, hängt letztlich von seiner Masse ab.
Das Weltraumteleskop Kepler soll die Suche nach Planeten bei anderen Sternen revolutionieren – und erstmals erdähnliche Planeten in großer Zahl aufspüren.
Die Datenspeicherung verlangt nach immer kleineren magnetischen Strukturen. Doch es reicht nicht, herkömmliche Technik einfach auf einen kleineren Maßstab zu übertragen.
Manche Sterne haben mehr als hundertmal soviel Masse wie die Sonne. Bisher ist völlig unklar, wie Sterne überhaupt so massereich werden können.
Leben
Die Biophysik bildet die Brücke zwischen der Physik und den Lebenswissenschaften. Sie ist eng mit der Physik Weicher Materie und Komplexer Systeme verknüpft.
Technik
Metalle lassen sich mit vielfältigen Methoden bearbeiten, doch fehlt es bisher an Methoden, sie zuverlässig und in vertretbarer Rechenzeit im Computer nachzubilden.
Am Forschungszentrum Dresden-Rossendorf werden zwei Freie-Elektronen-Laser für den nahen und fernen Infrarotbereich betrieben.
Logistiker arbeiten mit ausgeklügelten Verteilnetzen. In Zukunft können GPS-Technik, Funkchips und vielleicht ein unterirdisches Rohrpostsystem den Lieferverkehr noch effizienter machen.
„Invar“, das Invariable, Unveränderliche, eine Eisenlegierung mit 36 Prozent Nickel, verändert seine Länge nicht oder doch kaum, wenn die Temperatur schwankt. Andere Legierungen haben ein „Gedächtnis“ …
Theoretische Berechnungen zeigen, wie das Wechselspiel zwischen einer Brücke und ihren Besuchern bei der Millenniumsbrücke in London zu gefährlichen Schwingungen geführt hat.
1995 gelang es erstmals, Atome aus Antimaterie zu beobachten. Antiwasserstoffatome sind bestens geeignet, um die Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie aufzuspüren.
Physik und Biologie haben gemeinsame Wurzeln und haben sich oft gegenseitig inspiriert.
Brownsche Motoren können sich gezielt in eine Richtung bewegen, indem sie die ungerichtete und zufällige thermische Zitterbewegung in warmen Umgebungen nutzen.
Mit dem Auge sind die winzigen Partikel, nach denen die Teilchenphysik sucht, nicht sichtbar. Erst die haushohen Detektoren erlauben es, das Unsichtbare sichtbar zu machen.
Anhand von Streuversuchen untersuchen Physiker, wie ein Probenteilchen aussieht. Dabei wird ein Teilchen, das als Sonde fungiert, an der zu untersuchenden Probe gestreut.
Bei hohem Druck und hohen Temperaturen kommt es zu einer unerwarteten Änderung der Elektronenstruktur bei zweiwertigem Eisen im Inneren der Erde.
Untersuchungen am Freie-Elektronen-Laser FLASH zeigen, dass bisherige Modellrechnungen für die Wechselwirkung von Molekülen mit energiereicher Strahlung unvollständig sind.
Mittels Synchrotronstrahlung im Röntgenbereich untersuchen Forscher neue Schweißmethoden für den Flugzeugbau. Das Ziel sind leichtere Flugzeuge mit weniger Treibstoffverbrauch.
Energiespeicher
Im Interview erklärt Alexander Schmid, wie die Sauerstoff-Ionen-Batterie die Energiewende vorantreiben könnte.
Chaos und Ordnung
Wie viel Zufall steckt in einem Würfelwurf? Jan Nagler vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen entwickelt mathematische Modelle, um dieser Frage auf den Grund zu gehen.
Erdmagnetfeld
Im Interview erklärt Owen Roberts, wie er und seine Kollegen den Einfluss des Sonnenwinds auf das Magnetfeld unserer Erde hörbar gemacht haben.
Klima
Wie sich mithilfe von Bohrungen im Südpazifik das Klima vor 56 Millionen Jahren analysieren lässt, erklärt Ursula Röhl im Interview.
KATRIN
Was die ersten Messergebnisse der Neutrinowaage KATRIN für die zukünftige Forschung bedeuten, erklärt Christian Weinheimer im Interview.
Suprafestkörper
Wie Forscher einen Suprafestkörper erstmals zweifelsfrei erzeugen konnten, berichtet Tilman Pfau im Interview mit Welt der Physik.
Jahresrückblicke
Dieses Jahr stand ganz im Zeichen der Himmelsbeobachtungen. Hier blicken wir auf diese und andere Highlights aus dem Jahr 2019 zurück.
Das Mehrzweckinstrument LUCIFER am Large Binocular Telescope auf dem Mount Graham in Arizona ermöglicht tiefe Einblicke ins Universum – von unserer Milchstraße bis hin zu den am weitesten entfernten Galaxien.
Maria Mitchell
Durch die Entdeckung eines Kometen wurde sie zum Star. Ihre Berühmtheit nutzte Maria Mitchell nicht nur als Forscherin, sondern auch als Kämpferin für Frauenrechte.
Der LHC ist wieder in Betrieb, das James-Webb-Teleskop lieferte erste Bilder und Fusionsforscher erreichten einen Meilenstein. Hier blicken wir auf die Highlights aus dem Jahr 2022 zurück.
Quantenpunkte
Im Interview erzählt Andreas Wieck, wie sich Quantenpunkte herstellen lassen und welche Anwendungen sie ermöglichen.
Physik hinter den Dingen
Neben der elektromagnetischen Induktion sorgen bei einem Induktionsherd noch weitere physikalische Effekte dafür, dass das Essen schnell warm wird.
Neue und alte Missionen erkunden das All, Forschende entdecken eine neue Art von Gravitationewellen und KI erobert den Alltag. Hier blicken wir auf das Jahr 2023 zurück.
European XFEL
Im Interview erzählt Ralf Röhlsberger, wie der Röntgenlaser European XFEL bei der Entwicklung von Kernuhren hilft.
Umweltverschmutzung
Im Interview berichtet Sarah Skoff über eine neue Messmethode, mit der künftig winzige Plastikpartikel in unserer Umwelt aufgespürt werden könnten.
Tunneleffekt
Im Interview berichtet Roland Wester, wie sich der Einfluss des Tunneleffekts auf chemische Reaktionen untersuchen lässt.
Raumsonde Psyche
Im Interview berichtet Ralf Jaumann über die Hintergründe der NASA-Mission Psyche, die Anfang Oktober starten wird.
Großteleskope
Im Interview erzählen Razmik Mirzoyan und Karl Mannheim von der Suche nach bislang rätselhaften Quellen von hochenergetischen Gammastrahlen.
Giovanni Domenico Cassini
Mit revolutionären Theorien tat er sich schwer, trotzdem gilt Giovanni Domenico Cassini als einer der berühmtesten Astronomen seiner Zeit – und als einer der ersten modernen Wissenschaftler.
Michèle Heurs
Mit herausragenden Lasern und viel Geduld sucht Michèle Heurs nach Gravitationswellen – und baut ein neues Zentrum der Deutschen Astrophysik mit auf.
eROSITA
Im Interview spricht Manami Sasaki über die neue Datenveröffentlichung des Weltraumteleskops eROSITA.
Sie soll seidig glänzen und im Mund zart schmelzen – nicht nur die Zutaten sind entscheidend für die perfekte Schokolade, auch die Physik spielt eine wichtige Rolle.
Nach dem Umrühren von Tee bildet sich in der Mitte der Tasse ein kleines Häufchen aus Teeblättern. Schon Albert Einstein beschäftigte sich mit diesem Teetasseneffekt.
Röntgenstrahlung
Im Interview erzählen Peter Lee und Simon Zabler, wie an der Synchrotronquelle ESRF der menschliche Körper untersucht werden soll.
Ultraschall
Im Interview berichtet Christian Böhm, wie moderne Methoden aus der Erdbebenforschung die Medizin bereichern.
Bildgebungsverfahren
Im Interview erläutert Franz Pfeiffer, wie zwei neuartige Bildgebungsverfahren sichtbar machen, was auf gewöhnlichen Röntgenaufnahmen verborgen bleibt.
Gehirn
Die Blutgefäße im menschlichen Gehirn können sich verändern – beispielsweise nach einem Schlaganfall. Warum das so ist, erklärt Karen Alim im Interview.
Biophysik
Forscher konnten in Proben aus lebendigem Gewebe ein Verhalten von Krebszellen nachweisen, das offenbar entscheidend für die Bildung von Metastasen ist.
Mehrere Strategien haben sich in der Schwerionenbestrahlung ausgebildet. Die klinischen Ergebnisse in der kurzen Geschichte stützen die Therapieform als solche.
Inhomogene Verteilungen, Nichtlinearität und andere unregelmäßige Faktoren muss das Rechenmodell der Bestrahlungsplanung berücksichtigen.
Ein Großprojekt wie den European XFEL baut man nicht, ohne die Technologie zuvor auf Herz und Nieren geprüft zu haben.
Röntgenstrahlung eignet sich sowohl als Werkzeug bei der Herstellung von immer kleineren Strukturen als auch als Sonde für Strukturuntersuchungen.
Nur wer die exakte Position des Tumors kennt, trifft bei der Bestrahlung nicht das gesunde Gewebe. Erstmals lässt sich der Strahl selbst auch in vivo beobachten.
Das Hochfeld-Magnetlabor stellt sehr hohe gepulste Magnetfelder mit der nötigen experimentellen Infrastruktur zur Verfügung.
Berufe in der Physik
Harald Lesch forscht und lehrt in der Astrophysik. Außerdem ist er der Wissenschaftler von „Alpha Centauri“, der Wissenschaftssendung im Bayerischen Rundfunk.
Erde
Am 7. Februar 2008 wurde das europäische Weltraumlabor Columbus zur Internationalen Raumstation gebracht, in dem Experimente unter Mikrogravitation durchgeführt werden.
Die Biologie spielt in der Bestrahlungstherapie eine ebenso wichtige Rolle wie die Physik. Letztendlich zählt die relative biologische Wirksamkeit der Behandlung.
Liegt der Tumor in Lungennähe, lässt er sich nicht fixieren. Das Rasterscanverfahren muss und kann die Atembewegung mit einkalkulieren.
Ein im Mai 2011 eröffnetes Forschungslabor in der Schweiz schirmt Erschütterungen, elektromagnetische Felder und Lärm hocheffizient ab.
Die physikalischen Grundlagen der Wechselwirkung der Ionen mit Gewebe sorgt für den entscheidenden Vorteil gegenüber herkömmlicher Bestrahlungstechnik.
Die TV-Röhre arbeitet nach dem selben Prinzip wie die Teilchentherapie, allerdings arbeitet die Ionenbestrahlung auch fein abgestuft im Dreidimensionalen.
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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