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Teilchen
Mit dem LHCb-Experiment wollen Forscher herausfinden, warum das Universum hauptsächlich aus Materie und nicht aus Antimaterie besteht.
Wissenschaftsjahr
„Das Weltall - du lebst darin, entdecke es!“ – So lautet das Motto der deutschen Astronomen zum internationalen Astronomiejahr 2009.
Physik hinter den Dingen
Seit Jahrzehnten gibt es Computermäuse als Eingabegeräte. Und mittlerweile funktionieren sie optisch. Ihre Bewegung berechnet die Maus aus Digitalbildern der Unterlage.
Seit Jahrzehnten gibt es Computermäuse als Eingabegeräte. Besondere Präzision erreichen Lasermäuse – gerade weil fast alle Schreibtische nicht ganz präzise glatt sind.
In einem Laser marschieren die Photonen der elektromagnetischen Strahlung quasi im Gleichschritt. Kann man auch Atome dazu bewegen, im Gleichschritt zu marschieren und so eine Art Laser für Atome bauen?
Erde
Durch den Ausstoß von Spurengasen wie Kohlendioxid und Methan erwärmen die Menschen die Atmosphäre jetzt zusätzlich. Weil diese Gase langwellige Strahlung aufnehmen, steigt die Temperatur in Bodennähe.
Technik
Wo kommuniziert wird, gibt es auch Lauscher. Quanteneffekte bieten die Möglichkeit, Informationen sicher zu verschlüsseln.
Wenn ein intensiver Laserstrahl auf Materie trifft, kann er diese in ein Plasma verwandeln. Laserplasmen können sogar als Teilchenbeschleuniger dienen.
Die potentielle Energiequelle Kernfusion findet nur in einem ultraheißen Plasma statt – extrem starke Magnetfelder sind nötig, um dieses Plasma zu bändigen.
Es ist das jüngste der deutschen Forschungsschiffe. Im Jahr 2005 lief die Maria S. Merian vom Stapel. Mit ihr werden Meeresströmungen im Atlantik vermessen und geologische Eigenschaften des Ozeanbodens untersucht.
Methanhydrate sind eine häufige Form von Gashydraten. Diese gelten als möglicher Ersatz für Kohle, Öl und Erdgas. Sie bilden sich vor allem in Permafrostregionen und im Meer an Kontinentalrändern.
Im August 2008 durfte das wichtigste deutsche Forschungsschiff zum ersten Mal durch die Nordwestpassage steuern – jene Schiffsroute im Norden Kanadas, die den Weg zwischen Atlantik und Pazifik verkürzt.
Möglicherweise kann durch Abbau von Gashydraten an Unterwasserhängen der Küsten Material in die Tiefe rutschen. Solche Rutschungen können auch Flutwellen auslösen.
Die Menge Kohlenstoff, die in Gashydraten existiert, ist enorm groß. Obwohl es noch Unsicherheiten gibt, wird heute allgemein von einer Größenordnung um 10.000 Gigatonnen Kohlenstoff ausgegangen.
Der Satellit GOCE vermisst das Schwerefeld der Erde mit bisher unerreichter Präzision. Die Messungen benutzen Geologen, Geodäten, Ozeanographen und Glaziologen.
Allein mit der Abtrennung von Kohlendioxid in fossil befeuerten Kraftwerken ist es nicht getan. Das Treibhausgas muss transportiert und in abgeschlossenen Räumen gespeichert werden.
Im Jahr 1938 wurde entdeckt, dass sich die Kerne des Uranisotops 235 spalten und dabei große Energiemengen freisetzen lassen. Seitdem sind zahlreiche Kernreaktoren entwickelt worden.
Die Polargebiete bergen einige der letzten großen Geheimnisse unseres Planeten. Um sie zu klären, wird im Moment ein Forschungsschiff geplant, das sowohl bohren als auch Eis brechen kann.
Biomasse hat genau wie fossile Brennstoffe ihren Ursprung in organischer Materie. Wo endet Biomasse und wo fangen fossile Brennstoffe an?
Biomasse ist ein sehr weiter Begriff. Darunter zählen Erntereste, Holzabfälle aus Wäldern oder Energiepflanzen wie Raps. Je nach Art und Herkunft der Biomasse kann das energiereiche Gut auf verschiedene Weise genutzt werden.
Bei einer besonderen Klasse von Kernreaktoren, den Schnellen Brütern, verwandeln schnelle Neutronen das nicht als Kernbrennstoff geeignete Isotop Uran-238 in den neuen Kernbrennstoff Plutonium-239.
Viele Menschen wollen Kugelblitze gesehen haben – doch bis heute ist nicht geklärt, ob sie tatsächlich existieren. Mit modernster Technik gehen Wissenschaftler dieser Frage nach, wie in diesem Videobeitrag dokumentiert.
Der LHC erreicht höhere Energien als jeder Teilchenbeschleuniger zuvor. Die Teilchenkollisionen stellen aber keine Gefahr dar und geben keinen Anlass zu Besorgnis.
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.
Neun Tore in einem Spiel kommen recht selten vor. Doch wie ungewöhnlich sind eigentlich so viele Treffer in einem Spiel?
Highlights der Physik
In Erinnerung an Max Planck, den genialen Denker und Begründer der Quantenphysik, dessen 150. Geburtstag dieses Jahr gefeiert wird, heißt das Motto „Quantensprünge“.
War es Abseits oder nicht? Und warum gibt es diese Regel, deren Erklärung und Auslegung schon manche Streitigkeiten ausgelöst haben mag?
Um den Untergrund zu erforschen, bohren Geowissenschaftler mehrere tausend Meter tiefe Löcher. Die Informationen, die sie dabei gewinnen, kommen zahlreichen Fachgebieten zugute.
Das Wissen über das Allerkleinste konnte harten Tests bisher oft standhalten, aber noch sind zahlreiche Frage offen. Der LHC wird helfen, einige davon zu beantworten.
Bei CMS handelt es sich um einen Vielzweck-Detektor, mit dem die Teilchen, die bei den Kollisionen der Protonen entstehen, besonders gut und umfassend vermessen werden können.
Kompakt und massiv: Das Experiment CMS am LHC sucht nach neuer Physik und stellt unser Verständnis der Welt des Allerkleinsten auf die Probe.
Fängt sich ein Spieler eine rote Karte ein, fliegt er nicht nur für das aktuelle Spiel raus. Auch im Folgespiel muss das Team auf seine Leistung verzichten.
Ohne Luftwiderstand ergeben sich symmetrische Flugkurven und hohe Flugweiten von Schüssen. Aber Fußbälle beschreiben alles andere als schöne Wurfparabeln.
Schüsse aus großer Distanz sind durchaus zu halten, wenn der Torwart die Flugbahn des Balls gut einschätzen kann.
Hier betrachten wir die physikalischen Prinzipien, die hinter einem straffen Torschuss oder einer Bananenflanke stehen.
Welt der Physik sprach mit Rolf-Dieter Heuer, der am 1. Januar 2009 den Chefposten am CERN übernahm.
Materie
Durch geschicktes Ausnutzen der Wechselwirkungen der magnetischen Momente von Atomen gelingt es, Temperaturen bis herab zu Mikrokelvin zu erreichen.
Der bekannteste und meist verwendete Weg der Kühlung besteht in dem Zusammenpressen und kontrolliertem Ausdehnen von Gasen.
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.
ATLAS sucht nach dem Ursprung der Teilchenmasse und neuer Physik jenseits des Standardmodells.
Wie wird das Wetter morgen? Um diese ewige Frage zu beantworten, nutzt man schon seit Jahrzehnten Computer. Die Software der Wetterprognosemodelle beruht auf den Grundgesetzen der Physik.
Eine dünne Wasserlage zwischen Eis und Kufe ist dafür verantwortlich, dass man auf Schlittschuhe so leicht dahingleiten kann. Aber wie entsteht diese Wasserlage?
In einer Wetterkarte werden der Luftdruck und die Fronten dargestellt und manchmal auch die Temperatur. Wer die Karte richtig lesen will, muss bloß ein paar typische Zeichen kennen.
Quadrupolmagnete, CP-Verletzung oder Higgs-Teilchen, immer wieder tauchen im Zusammenhang mit dem LHC Fachbegriffe auf, die wir hier im Glossar erklären.
Schon in den 1980er Jahren entstand die Idee, den LHC zu bauen. Im Jahr 1994 begann die Realisierung. Hier finden Sie die wichtigsten Etappen seitdem.
Theoretische Berechnungen zeigen, wie das Wechselspiel zwischen einer Brücke und ihren Besuchern bei der Millenniumsbrücke in London zu gefährlichen Schwingungen geführt hat.
Am 7. Februar 2008 wurde das europäische Weltraumlabor Columbus zur Internationalen Raumstation gebracht, in dem Experimente unter Mikrogravitation durchgeführt werden.
Die Antwort auf diese Frage scheint einfach: Schnee ist rutschig, deshalb rutschen Skier über den Schnee. Doch schaut man genauer hin – im wörtlichen Sinne –, so wird die Angelegenheit komplizierter.
18 europäische Staaten tragen die ESRF gemeinsam und sichern ihren Forschern damit den Zugang zu einer der drei stärksten Quellen für Synchrotronstrahlung auf der Welt.
Synchrotronstrahlung war anfänglich nicht mehr als ein unerwünschtes Abfallprodukt der Teilchenbeschleuniger für Elektronen. Wie wurde sie dann zu einer der begehrtesten Experimentierbedingungen?
Kosteneffizienz ist für die ESRF eine absolute Notwendigkeit, da sie als Dienstleister der Wissenschaft im ständigen Wettbewerb mit anderen Synchrotronquellen in Europa und der ganzen Welt steht.
Die ESRF ist in erster Linie eine Dienstleistungseinrichtung für Forscher. Insgesamt kommen fast 6000 Besucher jährlich zur Durchführung von Experimenten nach Grenoble.
Synchrotronstrahlung wird von Elektronen ausgesandt, die beschleunigt werden – der technische Aufwand dafür ist nicht zu unterschätzen.
Die Wurzeln des Grid-Computings gehen fast soweit zurück wie die Geschichte vernetzter Rechensysteme.
Zu den größten Nutzern des Grid-Computings zählen die Experimente am Teilchenbeschleuniger LHC, dessen gewaltige Datenmengen ab 2008 auszuwerten sind.
Grid-Computing stellt eine Antwort auf die zunehmende Herausforderung dar, immer gewaltigere Datenmengen verarbeiten zu wollen. Namenspate ist dabei das Elektrizitätsnetz.
Viele Formen, doch eines haben die Eisberge meistens gemein: Die Kolosse sind strahlend weiß. Manchmal aber werden blaue Eisberge beobachtet, und es gibt sogar grüne Exemplare.
Ein internationales Forscherteam am Max-Planck-Institut für Quantenoptik hat zum ersten Mal Elektronen beobachetet, die aus einem Atom „heraustunneln“.
Je schneller ein Fahrrad rollt, desto schwerer ist es zum Kippen zu bringen. Zum dynamischen Gleichgewicht braucht es ab einem bestimmten Tempo kaum die Balancierfähigkeit des Fahrers.
Am Institut Laue-Langevin im französischen Grenoble analysieren Forscher aus aller Welt ihre Proben mithilfe von Neutronen.
Richtet man intensives Laserlicht auf Materie, so werden geladene Teilchen freigesetzt und auf hohe Energien beschleunigt.
Wenn das intensive Licht moderner Hochleistungskurzpulslaser mit Materie in Wechselwirkung tritt, reichen die Gesetze der klassischen Optik zur Beschreibung nicht mehr aus.
Universum
An Bord der Internationalen Raumstation ISS vermisst AMS-02 die Zusammensetzung der kosmischen Strahlung mit bisher unerreichter Präzision.
Gewaltige Sternexplosionen setzen binnen Sekunden so viel Energie frei wie alle Sterne im Weltall zusammen im selben Zeitraum. Doch noch gibt es davon nur Simulationen.
Mit H.E.S.S. in Namibia lässt sich hochenergetische Gammastrahlung nachweisen. Die Anlage besteht aus vier Teleskopen mit jeweils etwa zwölf Metern Durchmesser.
Hochenergetischer Teilchen treffen unablässig auf die Atmosphäre. Auch wenn diese Strahlung nicht direkt sichtbar ist, kann sie vom Erdboden aus untersucht werden.
Auf der Kanareninsel La Palma läuft seit 2004 das weltweit größte Teleskop für für die Beobachtung kosmischer Gammastrahlung mit dem Namen MAGIC.
Seit rund 25 Jahren suchen Physiker nach einem hypothetischen Teilchen – dem Axion. Es könnte ein fundamentales Problem der Elementarteilchenphysik lösen.
Der Satellit Planck bildet den gesamten Himmel im Bereich der Mikrowellenstrahlung mit bislang unerreichter Detailgenauigkeit und Empfindlichkeit ab.
Im Urknall entstanden nur die leichten Elemente, vor allem Wasserstoff und Helium. Alle schwereren Stoffe wurden erst danach von Sternen produziert.
Mit Borexino ist es erstmals möglich, niederenergetische Neutrinos von der Sonne energieaufgelöst und in Echtzeit zu untersuchen.
KASCADE-Grande misst mit einem Multidetektorsystem ausgedehnte Luftschauer, die von hochenergetischen kosmischen Teilchen in der Atmosphäre ausgelöst werden.
Mit einem Feld aus digitalen Dipolantennen, genannt LOPES, gelang es zum ersten Mal, Radiosignale von Teilchen der kosmischen Strahlung Luftschauern zuzuordnen.
Das Auger-Observatorium untersucht die höchstenergetische kosmische Strahlung. Der erste Teil besteht aus einer 3000 Quadratkilometer großen Detektoranlage.
Mit CRESST sollen erstmals die hypothetischen Teilchen der Dunklen Materie direkt nachgewiesen werden. Neuartige und hochempfindliche Messverfahren sind hierfür nötig.
EDELWEISS ist ein Experiment zur direkten Suche nach der Dunklen Materie. Das Prinzip besteht in der Streuung solcher Teilchen in einem Germanium-Kristall.
Seit einigen Jahren ist bekannt, dass Neutrinos eine Ruhemasse besitzen. Die bisher einzige Möglichkeit der direkten Massenbestimmung ist der neutrinolose Betazerfall.
Der Nachweis von Neutrinos aus weit entfernten Quellen erfordert riesige Detektoren. Sie bestehen aus Sensoren, die in tiefen Gewässern oder im Eis angeordnet werden.
Die kosmische Hintergrundstrahlung ist ein Überrest aus der Zeit des Urknalls. Mit dem Satelliten COBE haben Wissenschaftler sie erstmals vermessen.
In jedem deutschen Autotank geht es mittlerweile ein bisschen „bio“ zu: Ottomotoren werden zum Teil mit Ethanol aus Getreide angetrieben, Dieselmotoren dient Biodiesel aus speziell behandeltem Pflanzenöl als Brennstoff.
2007 gelang es einer Forschergruppe des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung und des Stuttgarter Sony Materials Science Center, aus grünem Licht blaues hervorzubringen.
Das Sonnenlicht ist nutzbar zur Stromerzeugung und zur Warmwasserbereitung – Solarthermie. Eine dritte, besonders erfolgversprechende Variante ist die Stromerzeugung in solarthermischen Kraftwerken.
Ob Gesundheit, Mobilität, Sicherheit, Sport, Haushalt, Kommunikation oder Kultur - die Informatik spielt in alle Bereich unseres Lebens hinein und prägt unseren Alltag.
Da die Geisteswissenschaften die kulturellen Grundlagen der Menschheit reflektieren, reichen die Themen des Wissenschaftsjahres 2007 von Aufklärung bis Zukunft.
Mathematische Physiker müssen tief in die theoretische Werkzeugkiste greifen, um das Tropfen zu erklären. Die Idee der Selbstähnlichkeit hilft ihnen dabei.
Das Physikfestival der Highlights der Physik kommt dieses Jahr vom 27. August bis 2. September 2007 nach Frankfurt am Main und dreht sich rund um das Thema Energie.
Wenn schwere Kerne zusammenstoßen, kann ein neuer Materiezustand entstehen, das Quark-Gluon-Plasma. ALICE soll einen Einblick in die Eigenschaften verschaffen.
Der ALICE-Detektor muss zahlreiche Teilchen nachweisen, wenn der erzeugte Urzustand der Materie, das Quark-Gluon-Plasma, wieder „ausfriert“.
Organische Polymer-Solarzellen sind flexibel und effizient und eröffnen damit eine neue Dimension der Anwendungen für Solarzellen auf verschiedenen Materialien.
Lawinen sind eine der bedeutendsten Naturgefahren in den schneebedeckten Gebirgen der Welt – so auch im dicht besiedelten Alpenraum.
Wenn sich am Strand das Wasser ganz langsam zurückzieht, dann hat der Mond seine unsichtbare Hand im Spiel. Doch wie kommen die Höhe und die Dauer der Gezeiten im Einzelnen zustande?
Ebbe und Flut kann man überall an den Küsten beobachten, mit Wasserstandsänderungen von wenigen Zentimetern bis einigen Metern. Aber was verursacht das extreme Hochwasser einer Springflut?
Die Größe des ELT stellt ganz neue Herausforderungen an die Techiker und Entwickler, um präzise Arbeit zu leisten.
Schwerpunkt des Fermi Gamma-ray Space Telescope ist die Suche und Untersuchung von kosmischen Gammastrahlungsquellen, deren Physik weitgehend unbekannt ist.
Neutrinoteleskope im Mittelmeer öffnen neue Fenster zur Beobachtung der höchstenergetischen Prozesse im Kosmos, indem sie Neutrinoquellen lokalisieren.
Es ist nicht einfach, in einen laufenden Motor zu schauen, da jedes Fenster das Betriebsverhalten ändert. Doch ein Neutronenstrahl ermöglicht einzigartige Bilder.
Sollte es mehr als drei Raumdimensionen geben, ließen sich an Teilchenbeschleunigern womöglich winzige Schwarze Löcher erzeugen. Die Entdeckung wäre eine Sensation.
Die Entdeckung von winzigen Schwarzen Löchern in Extra-Raumdimensionen wäre eine wissenschaftliche Sensation und würde unser Weltbild revolutionieren.
In den 2020er Jahren soll das European Extremely Large Telescope oder E-ELT mit seinem 39,3-Meter-Spiegel für Europa ins All blicken. Es verspricht gestochen scharfe Bilder.
In der Atacama-Wüste Chiles steht eines der besten astronomischen Augen Europas – das VLT. Wenn es Nacht wird in Chile, erwacht der Cerro Paranal zum Leben.
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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