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Materie
Die Nanotechnologie befasst sich mit Details, die nur Millionstel Millimeter groß sind. Rastersondenmikroskope gewähren uns einen Einblick in diese Welt.
Teilchen
Die Quantentheorie behauptet, dass der Zustand mikroskopischer Objekte vor einer Messung nicht nur nicht bekannt, sondern völlig unbestimmt ist.
Leben
Bedeutsame Anwendungen oft aus der Grundlagen-Forschung und derem wissenschaftlichen Umfeld. So auch die mittlerweile sehr erfolgreiche Tumortherapie.
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.
Technik
Droht ein Fahrzeug bei zu schneller Kurvenfahrt auszubrechen, dann kann es durch ESP in der Frühphase durch gezieltes Abbremsen einzelner Räder wieder stabilisiert werden.
Die Quantenmechanik eröffnet neue, faszinierende Perspektiven für die Kommunikation und die Informationsverarbeitung.
Viele interessante Eigenschaften von Festkörpern tauchen erst dann auf, wenn die ideale Kristallstruktur mit geringen Mengen bestimmter Fremdsubstanzen gestört wird.
Eine der erfolgreichsten Methoden, um einzelne Teilchen zu manipulieren, beruht auf der Kombination von elektromagnetischen Fallen und Laserkühlung.
Nano-Optik umfasst optische Methoden, mit denen sich einzelne Nanoteilchen und Nanostrukturen herstellen, untersuchen und manipulieren lassen.
Magnetische Materialien sind technisch seit langem von großer Bedeutung. Dabei müssen die magnetischen Eigenschaften je nach Anwendung unterschiedlich sein.
Der Magnetismus begegnet uns in vielen Naturphänomenen und technischen Anwendungen, angefangen vom Erdmagnetfeld bis hin zu den Hochtemperatursupraleitern.
Symmetrie
Fraktal heißen Objekte, bei denen das Ganze seinen Bestandteilen ähnelt: Darunter fallen Bäume und Kristalle, aber auch Ansammlungen von Galaxienhaufen.
Ein ferromagnetisches Metall ist in Bereiche unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung aufgeteilt. Im Nanobereich herrscht eine kohärente Spinstruktur vor.
In eindimensionalen Elektronensystemen ist die Bewegung der Elektronen auf eine Raumrichtung eingeschränkt. Bei tiefen Temperaturen verlieren die Elektronen ihre „Identität“.
Chaos und Ordnung
Das Verhalten von deterministischen chaotischen Systemen ist unvorhersagbar, obwohl es durch bekannte Bewegungsabläufe vorherbestimmt ist.
Selbstorganisation und Strukturbildung sind Eigenschaften von Vielteilchensystemen. Die dabei waltenden Ordnungsprinzipien sind erst teilweise verstanden.
Erde
Die Beobachtung und die Vermessung der Erde aus dem Weltraum nutzt hochgenaue Sensoren, superschnelle Rechner und effektive numerische Mathematik. Damit kann man heute die Prozesse im Erdinneren selbst in feinen Details studieren.
Die Wissenschaft von den Erdbeben – die Seismologie – war Ende des vergangenen Jahrhunderts noch eine kleine, beobachtende Fachrichtung. Mittlerweile hat sie sich zu einem internationalen Großunternehmen entwickelt.
Verlauf und Stärke des Magnetfeldes an der Erdoberfläche und im Außenraum der Erde verraten, wie der „Erddynamo“ funktioniert, der das beobachtete Magnetfeld erzeugt.
Wie sieht der Magnetspin eigentlich aus? Mit speziellen Rastertunnelmikroskopen werfen Hamburger Physiker einen Blick auf den Magnetismus auf atomarer Ebene.
Der sogenannte Magneto-Resistance-Effekt (TMR-Effekt) kann möglicherweise zur Herstellung neuartiger Speicherchips führen.
Bilder, die Jülicher Wissenschaftler aufgenommen haben, eröffnen faszinierende Einblicke in den Mikrokosmos, etwa wie Atome auf Halbleiteroberflächen Inseln bilden.
Durch eine Strahlungskühlung wird verhindert, dass das 10 Millionen Grad heisse Plasma die Wände des Fusionsreaktors beschädigt.
Bleiben einzelne Plätze in einem Kristall leer oder nehmen Fremdatome die Plätze ein, so verändern sich die elektrischen Eigenschaften eines Halbleiters.
Die Wechselwirkungen zwischen Fusionsplasma und den Wänden des Reaktors können sowohl die Wände als auch das Plasma zerstören.
Mit ausgeklügelten mathematischen und technischen Methoden gelingt es, immer schärfere Einblicke in Kristallstrukturen zu erhalten.
Zwei Reaktordesigns sind für Fusionskraftwerke in Entwicklung. Wie unterscheiden sich die Funktionsprinzipien von Tokamak und Stellerator?
Unterschiedliche Methoden der Diagnostik helfen die Vorgänge im Fusionsplasma zu verstehen.
Mit Rastertunnelmikroskopen können Korrosionsprozesse auf molekularer Ebene beobachtet werden. Chemische und physikalische Prozesse an den Oberflächen von Metallen und Halbleitern lassen sich damit genau untersuchen und darauf für neue Anwendungen…
Wie läßt sich das Plasma stabil einschließen, gleichzeitig aber an seinem Rand ein kontrollierter Abtransport der ungeheuren Wärmemengen erreichen?
Wissenschaftler erforschen mit der „Bose-Einstein-Kondensation“ ultrakalte Gaswolken, deren Atome den gleichen „Quantenzustand“ besetzen.
Ultrakalte Gaswolken, deren Atome den gleichen „Quantenzustand“ besetzen, sogenannte Bose-Einstein-Kondensate, könnten die Entwicklung völlig neuer Technologien anstoßen.
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.
Frank Jenko simuliert Plasmaturbulenzen, die im „Brennraum“ eines Fusionsreaktors auftreten. Auf diese Weise will er die „Lecks“ aufspüren, über die das 100 Millionen Grad heiße Gas seine Energie verliert.
Wissenschaftlern gelang es, die atomare Struktur von Quantenpunkten aus dem Halbleitermaterial Indiumarsenid zu entschlüsseln.
Metalle lassen sich mit vielfältigen Methoden bearbeiten, doch fehlt es bisher an Methoden, sie zuverlässig und in vertretbarer Rechenzeit im Computer nachzubilden.
Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart haben erstmals nachgewiesen, dass Flüssigkeiten über eine fünfzählige innere Symmetrie verfügen. Dieses Ergebnis ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis der…
Katalysatoren für Brennstoffzellen sollen auf kleinstem Raum eine riesengroße Oberfläche für chemische Reaktionen bieten. Aber das macht sie für Schäden anfällig.
Hochtemperatur-Brennstoffzellen arbeiten bei Temperaturen bis zu 1000 Grad Celsius. Besonders geeignet sind solche Anlagen für kleine stationäre Kraftwerke.
Nanopartikel mit einem Durchmesser von wenigen Milliardstel Metern könnten die Basis für eine einfache Produktion von Katalysatoren für Brennstoffzellen liefern.
Phänomene wie der Übergang vom Metall zum Isolator sind geprägt von Quanteneigenschaften der Stoffe. Meist müssen diese bei wenigen Grad Kelvin studiert werden.
An den Experimenten ALICE, ATLAS, CMS und LHCb gehen Wissenschaftler offenen Fragen der Teilchenphysik nach.
Das Rastertunnelmikroskop eignet sich nur zur Mikroskopie von elektrisch leitfähigen Materialien, wie Metallen und Halbleitern.
Das Prinzip eines Rasterkraftmikroskops ist denkbar einfach. Im einfachsten Fall liegt die Sonde auf der Probe wie die Nadel eines Schallplattenspielers auf einer Schallplatte.
Licht verhält sich im sogenannten Nahfeld einer Lichtquelle anders als im Fernfeld, welches wir ausschließlich wahrnehmen
Bei der Supersymmetrie geht es darum, die strikte Trennung zwischen Materie und Kräften aufzuheben. Der Preis: Die Zahl der Teilchen würde sich verdoppeln.
Das Standard-Modell, die rund dreißig Jahre alte Sammlung der Erkenntnisse über die Teilchenwelt galt lange als ungeschlagen. Aber ein Teilchen ist flüchtig.
Universum
Wenn nach einigen zehn Millionen Jahren die Entwicklung massereicher Sterne endet, schleudern sie fast ihre gesamte Materie ins Weltall hinaus – Stoff für neue Himmelskörper.
Wie man die ganze materielle Welt auf 92 Grundbausteine zurückgeführt hat, ist eines der spannendsten Kapitel in der Geschichte der Wissenschaft.
Im Labor von Gerhard H. Schleser duftet es leicht nach Holz. Hier wird keine neuartige Aromatherapie entwickelt, Schleser und sein Team fahnden nach dem Klima von gestern; besser gesagt: von vorvorgestern.
Welche Auswirkungen könnten neue Zusatzstoffe im Kraftstoff auf die Luftqualität haben? Wie lange wird es dauern, bis ein neu entwickeltes Treibgas in der Atmosphäre wieder abgebaut ist? Für Prognosen dieser Art sind umfangreiche Rechenmodelle nötig.
Alle Keramiken sind spröde. Dieser Behauptung würde Dieter Brunner vom Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart vehement widersprechen.
Forschern ist es gelungen, konventionelle organische Moleküle und leitfähige Polymere zu Materialien aus winzigen Nanozylindern zu vereinen.
Die Jahrhundertflut in Deutschland im Sommer 2002 hat die Klimaproblematik in den Blickpunkt der Öffentlichkeit „gespült“. Der Meteorologe Mojib Latif mahnt, nicht mit unserem Planeten zu experimentieren.
Das Bild vom Aufbau der Materie von Demokrit (460–371 v. Chr.) bis Bohr (1885–1962)
Die Spintronik hat so wichtige Entdeckungen wie den Riesenmagnetowiderstands-Effekt und das spin-abhängige quantenmechanische Tunneln von Elektronen hervorgebracht.
Aufgrund der in Ferromagneten vorhandenen „Austauschwechselwirkung“ unterscheidet sich die Energie von Elektronen mit verschiedenen Spin-Richtungen.
Die Datenspeicherung verlangt nach immer kleineren magnetischen Strukturen. Doch es reicht nicht, herkömmliche Technik einfach auf einen kleineren Maßstab zu übertragen.
Wenn es gelingt, das kontrollierte Schmelzen von Atomkernen auf der Erde zu realisieren und die freiwerdende Energie einzufangen, wird eine völlig neue Energiequelle erschlossen.
Anhand von Streuversuchen untersuchen Physiker, wie ein Probenteilchen aussieht. Dabei wird ein Teilchen, das als Sonde fungiert, an der zu untersuchenden Probe gestreut.
1992 gingen die ersten beiden Experimente an der Elektron-Proton-Speicherringanlage HERA in Betrieb: H1 in der Halle Nord und ZEUS im Süden.
Als Bausteine des Atomkerns halten Hadronen die Welt zusammen: Die starke Wechselwirkung zwischen ihnen sorgt dafür, dass Materie so beschaffen ist, wie wir sie kennen. Wer diese subatomaren Vorgänge studieren will, braucht ein besonderes…
Das Handwerkszeug moderner Kernphysiker ist keine graue Theorie: Quarks und Gluonen haben eine Eigenschaft, die die Forscher „Farbe“ nennen.
Wirkt sich kosmische Strahlung auf die Wolken und somit auf das Klima aus? Noch gibt es nur Indizien. Möglicherweise führt die ionisierende Wirkung der kosmischen Partikel zur Zunahme von Wolken und zur Abkühlung der Luft.
Wafersolarzellen beherrschen heute den Markt. Doch daneben sind Dünnschichtsolarzellen Standard, und es gibt mit organischen und Mehrfach-Solarzellen noch weitere vielversprechende Bauarten.
Röntgenstrahlung eignet sich als Werkzeug und als Sonde für Nanostrukturen.
Manche Sterne haben mehr als hundertmal soviel Masse wie die Sonne. Bisher ist völlig unklar, wie Sterne überhaupt so massereich werden können.
Röntgenstrahlung eignet sich sowohl als Werkzeug bei der Herstellung von immer kleineren Strukturen als auch als Sonde für Strukturuntersuchungen.
Der Femtosekundenlaser erlaubt es den Forschern, chemische Reaktionen wie in Zeitlupe zu verfolgen und zu beobachten, wie sich die Atome dabei im Molekül verhalten.
Ein Gebiet der Quantenoptik befasst sich damit, ultrakurze Laserpulse zu erzeugen. Forscherteams ist es gelungen, Pulse mit einer Dauer von wenigen Femtosekunden herzustellen.
Der LHC befindet sich am europäischen Teilchenphysikzentrum CERN bei Genf. Er wird die Teilchenphysik der nächsten zehn bis zwanzig Jahre prägen.
Wissenswertes zum European XFEL auf einen Blick: Eigenschaften der Röntgenstrahlung, Standort, Betreiber, Kosten, Ereignisse
Die Röntgenblitze des European XFEL ermöglichen es, chemische Reaktionen mit atomarer Auflösung zu filmen, ebenso wie die Entstehung von Feststoffen.
Im XFEL werden Elektronen auf hohe Energien gebracht und anschließend durch spezielle Magnetanordnungen gelenkt, in denen sie Röntgenlichtblitze aussenden.
Der European XFEL wird hochintensive ultrakurze Röntgenblitze mit den Eigenschaften von Laserlicht erzeugt.
MAGIC – das größte Teleskop seiner Art – öffnet gleichsam ein neues Fenster und gibt den Blick frei auf die energiereichsten Prozesse im Universum.
Nach Jahren in den USA kam der Physiker Bjørn Wiik 1971 mit der Idee nach Deutschland, ein überdimensionales Elektronenmikroskop für Protonen zu bauen.
Der HERA-Speicherring bei DESY in Hamburg ist weltweit die einzige Beschleunigeranlage dieser Größe, die mitten in einer Großstadt betrieben wird.
Die Entscheidung für HERA war für DESY in vielerlei Hinsicht Neuland. Zum Beispiel gab es noch keinen Großbeschleuniger mit Supraleitungs-Technologie.
Bose-Einstein-Kondensate bestehen aus vielen hunderttausend Atomen. Mit einer solchen Atomwolke kann im Prinzip ein Quantencomputer hergestellt werden.
Stefan Hell wurde für die Entwicklung der STED-Mikroskopie mit dem Nobelpreis für Chemie 2014 ausgezeichnet.
Optische Mikroskope erreichten vor hundert Jahren ihre größtmögliche Auflösung, wurden später aber in vielfältiger Weise weiterentwickelt.
Mithilfe kurzwelliger Elektronenstrahlen können die Wissenschaftler direkt verfolgen, was in Kristallgittern beim Abkühlen oder Erhitzen, Stauchen oder Dehnen einer Materialprobe vor sich geht.
Die kontrollierte Kernfusion wird seit den 1960er Jahren für machbar gehalten. Eine lange, aufwändige Entwicklung führte zu Plänen für einen ersten Reaktor, der mehr Energie produziert als er benötigt.
Wissenschaftsjahr
Unser Leben wird in entscheidendem Maß durch Technik beeinflusst. Wer die Zukunft mitbestimmen will, sollte wissen, wie Technik funktioniert, welche Entwicklungen auf uns zukommen und was sie für uns bedeuten.
Chemie spielt eine Rolle in nahezu allen Lebensbereichen. Das „Jahr der Chemie 2003“ bot die Gelegenheit, ihre Faszination und Bedeutung in der modernen Gesellschaft kennen zu lernen.
Im Jahr 2002 wurde in zahlreichen Veranstaltungen für die Öffentlichkeit anschaulich gemacht, welche Bedeutung die Geowissenschaften für uns haben.
Unter dem Oberbegriff "Lebenswissenschaften" arbeiten heute Wissenschaftler aus verschiedensten Bereichen an der Erforschung des Lebens.
Highlights der Physik
Unter dem Motto "Tanz der Elemente" gastierte das Wissenschaftsfestival "Highlights der Physik" vom 24. bis 28. Juni 2003 in Dresden.
„Die Welt hinter den Dingen“ konnten Kinder, Jugendliche und Erwachsene auf einer öffentlichen Wissenschaftsschau vom 8. bis 12. Juli 2002 in Duisburg entdecken.
2005 feierte Deutschland das Einsteinjahr: Öffentliche Veranstaltungen sollten Begeisterung für die Physik wecken und ihre Bedeutung für unsere Gesellschaft aufzeigen.
Vom 22. bis 26. Juni 2004 herrschte beim „Spiel der Kräfte“ auf dem Stuttgarter Schlossplatz großes physikalisches Treiben.
Die Veranstaltung „Physik und Leben“ vom 8. bis zum 12. Oktober 2001 in München war die erste Veranstaltung der Reihe "Highlights der Physik".
Im Jahr 2000 stand die Physik im Mittelpunkt des Dialogs zwischen Wissenschaft und Öffentlichkeit. Der große Erfolg überzeugte die Initiatoren, weitere „Jahre der Wissenschaften“ auszurufen.
Die starke Bündelung des Laserstrahls, kombiniert mit seiner hohen Lichtintensität, eröffnet ihm überall dort Anwendungsgebiete, wo man masselose Lineale braucht.
0,000 000 000 000 000 001 Sekunden: So unvorstellbar kurz ist eine Attosekunde. Mit solch kurzen Lichtpulsen sollen Vorgänge im Inneren eines Atoms sichtbar werden.
Das Magnetfeld der Erde entsteht im flüssigen äußeren Eisenkern in etwa 3000 Kilometer Tiefe. Durch den Wärmefluss vom Erdkern in den Gesteinsmantel setzt sich das flüssige Eisen in Bewegung.
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.
Woher kommen wir? Wohin gehen wir? Wie ist der Kosmos beschaffen? Diese Fragen beschäftigen die Menschen seit Jahrtausenden.
Das weltweit größte Einzelteleskop verfügt über zwei riesige Sammelspiegel mit jeweils 8,4 Meter Durchmesser, die gleichzeitig auf ferne Himmelskörper ausgerichtet werden.
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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