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Physik im Spielfilm
Dan Brown lässt seine Charaktere in „Illuminati“ mit Antimaterie eine Bombe bauen, mit der der Vatikan zerstört werden soll. Quelle der Antimaterie ist dabei das Forschungszentrum CERN. Welche Teile dieser Fiktion sind wahr, welche sind reine…
Im Vatikan erklärt die Physikerin Vittoria Vetra die Gefahr der Antimaterie. Wir betrachten die etwa einminütige Szene im Detail und beschreiben, welche Physik dahinter steht.
Universum
Der Satellit Planck bildet den gesamten Himmel im Bereich der Mikrowellenstrahlung mit bislang unerreichter Detailgenauigkeit und Empfindlichkeit ab.
Chaos und Ordnung
Wenn jemand mit Mathe-Talent über die Erde geht, kann er allenthalben Regelmäßigkeiten entdecken, die sich für eine mathematische Beschreibung anbieten.
Im Urknall entstanden nur die leichten Elemente, vor allem Wasserstoff und Helium. Alle schwereren Stoffe wurden erst danach von Sternen produziert.
Teilchen
Phänomene wie der Übergang vom Metall zum Isolator sind geprägt von Quanteneigenschaften der Stoffe. Meist müssen diese bei wenigen Grad Kelvin studiert werden.
Der Nachweis von Neutrinos aus weit entfernten Quellen erfordert riesige Detektoren. Sie bestehen aus Sensoren, die in tiefen Gewässern oder im Eis angeordnet werden.
Wenn nach einigen zehn Millionen Jahren die Entwicklung massereicher Sterne endet, schleudern sie fast ihre gesamte Materie ins Weltall hinaus – Stoff für neue Himmelskörper.
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 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.
Der Femtosekundenlaser erlaubt es den Forschern, chemische Reaktionen wie in Zeitlupe zu verfolgen und zu beobachten, wie sich die Atome dabei im Molekül verhalten.
Das Auger-Observatorium untersucht die höchstenergetische kosmische Strahlung. Der erste Teil besteht aus einer 3000 Quadratkilometer großen Detektoranlage.
Im sichtbaren Licht wirken Galaxienhaufen wie Ansammlungen von Galaxien. Im Röntgenlicht zeigt sich jedoch, dass die meiste Materie gar nicht in den Galaxien steckt.
Galaxien begegnen sich häufig und beeinflussen sich dabei mehr oder weniger stark. Tatsächlich gibt es kaum eine große Galaxie, die nicht noch Spuren von Kollisionen zeigt.
Technik
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.
Der HERA-Speicherring bei DESY in Hamburg ist weltweit die einzige Beschleunigeranlage dieser Größe, die mitten in einer Großstadt betrieben wird.
Zylindrischer Rumpf, zwei Flügel und großes Leitwerk: Seit Jahrzehnten wird jedes Passagierflugzeug nach dem gleichen Grundprinzip konstruiert. Doch diese Form könnte sich bald grundlegend wandeln.
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.
Damit der Schienenverkehr seine große Bedeutung auch in Zukunft behalten kann, arbeiten deutsche Wissenschaftler und Ingenieure an immer sparsameren und dennoch schnellen Zügen.
Die Entscheidung für HERA war für DESY in vielerlei Hinsicht Neuland. Zum Beispiel gab es noch keinen Großbeschleuniger mit Supraleitungs-Technologie.
Bei der Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) wird eine Probe dazu angeregt, Fluoreszenzröntgenstrahlung abzugeben. So lässt sich die Zusammensetzung der Probe ermitteln.
Droht ein Fahrzeug bei zu schneller Kurvenfahrt auszubrechen, dann kann es durch ESP in der Frühphase durch gezieltes Abbremsen einzelner Räder wieder stabilisiert werden.
1992 gingen die ersten beiden Experimente an der Elektron-Proton-Speicherringanlage HERA in Betrieb: H1 in der Halle Nord und ZEUS im Süden.
In Freie-Elektronen-Lasern werden Elektronen auf hohe Energien beschleunigt und in speziellen Magnetanordnungen zur Aussendung intensiver Lichtblitze gebracht.
Der European XFEL wird hochintensive ultrakurze Röntgenblitze mit den Eigenschaften von Laserlicht erzeugt.
Verfahren zum Nachweis radioaktiver Elemente in der natürlichen Umwelt spielen eine zentrale Rolle in den Umweltwissenschaften.
Mit der Synchrotronstrahlungsquelle ANKA haben Forscher das Hüftgelenk eines Käfers in 3D dargestellt, obwohl es nur einen halben Millimeter groß ist.
Neun Staaten werden FAIR gemeinsam errichten. Sie haben im Oktober 2010 ein entsprechendes völkerrechtliches Abkommen unterzeichnet.
Leben
Ob eine Prothese richtig im Knochen sitzt, wird von den Gesetzen der Biomechanik bestimmt.
Um den extrem selten wechselwirkenden Teilchen auf die Spur zu kommen, braucht man ausgeklügelte Nachweissysteme. Diese befinden sich meist tief unter der Erde.
Bilder, die wieder übermalt wurden, oder historische Dokumente, die unter einem neueren Text verborgen sind - durch Röntgenfluoreszenz lassen sie sich sichtbar machen.
Erde
Pflanzenschutzmittel tauchen sowohl in Boden und Grundwasser auf als auch in weit entfernten Regionen in Luft, Regen oder Nebel. Jülicher Forscher können ihre Ausbreitung simulieren.
Sehr tiefe Basstöne können Menschen nicht wahrnehmen – einen Nutzen ziehen sie aus diesen Schallwellen trotzdem. Denn anhand dieses Infraschalls lassen sich Kernwaffentests aufspüren.
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.
Erdbeben und andere Phänomene sorgen dafür, dass die Erde immer wieder eigenartige Bewegungen ausführt. Der Planet schwingt wie eine Stahlkugel, er eiert wie ein Kreisel.
Für Einsätze in Arktis und Antarktis spezialisiert: Die Basler BT-67, das Polarforschungsflugzeug des Alfred-Wegener-Instituts. Welche Aufgaben hat das im Herbst 2007 in Dienst gestellt Forschungs- und Transportflugzeug?
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.
Spätestens seit dem 2. Weihnachtsfeiertag 2004, als gewaltige Wogen die Küsten des Indischen Ozeans verheerten, sind Tsunamis auch hierzulande jedem ein Begriff. Die Ursache eines Tsunamis ist meist ein Seebeben.
Untersuchungen mit Synchrotronstrahlungsquellen liefern den Grund für Beschränkungen bei der Herstellung dünner Halbleiterschichten aus einem organischen Material.
Verlauf und Stärke des Magnetfeldes an der Erdoberfläche und im Außenraum der Erde verraten, wie der „Erddynamo“ funktioniert, der das beobachtete Magnetfeld erzeugt.
Der Satellit GOCE vermisst das Schwerefeld der Erde mit bisher unerreichter Präzision. Die Messungen benutzen Geologen, Geodäten, Ozeanographen und Glaziologen.
Die Ozonschicht, die uns vor übermäßiger UV-Strahlung schützt, hat nicht nur über dem Südpol ein Loch. Auch über der Arktis wird sie immer dünner, wie Ballonmessungen zeigen.
Experimente mit Synchrotronstrahlung liefern Einsichten in die Mysterien der Quantenphysik.
Untersuchungen mit Synchrotronstrahlung ermöglichen einzigartige Einsichten in das komplexe Wechselspiel der Komponenten des Lebens – wie das der Muskeln.
Der Bau ist ein ingenieurstechnisches Meisterstück: Hydraulische Stützen verhindern, dass die Neumayer-Station im Schnee der Antarktis versinkt. Sie dient der Erforschung des Südkontinents.
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.
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…
Seltene Ereignisse
Nobelpreis für Physik
Der Physiknobelpreis wurde 2016 „für die theoretische Entdeckung von topologischen Phasenübergängen und topologischen Phasen der Materie” verliehen.
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.
Materie
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…
Vielfältiger Nutzen
Sonnensystem
Der Mond ist das auffälligste Objekt am nächtlichen Himmel – und neben der Erde der einzige Himmelskörper, den Menschen bislang betreten haben.
Er ist nach der Sonne das größte Objekt im Sonnensystem, enthält mehr als doppelt so viel Masse wie alle anderen Planeten zusammen und besitzt die meisten Monde.
Elementarteilchen
Im Interview berichten Martin Fertl und René Reimann über die Genauigkeit von neuen Ergebnissen des Experiments „Muon g-2“.
Im Innern der Erde zirkuliert das Magma in gewaltigen Konvektionszellen. Sie beeinflussen unter anderem auch die Entstehung von Erdbeben. Mit ausgefeilten Methoden versuchen Forscher die Dynamik des Erdballs zu enträtseln.
Exomonde
Warum man auf den Monden von sternlosen Planeten nach Leben suchen sollte, erklärt Barbara Ercolano im Interview.
Frühes Universum
Im Interview erklärt Sarah Bosman, was weit entfernte aktive Galaxienkerne über die Geschichte unseres Universums preisgeben.
Impfstoffe
Im Interview erzählt Martin Schroer, wie Röntgenstrahlen bei der Suche nach geeigneten Impfstoffen gegen das Coronavirus helfen.
Teilchenbeschleuniger
Der LHC ist der derzeit leistungsfähigste Beschleuniger der Welt. Hier bringen Physiker Teilchen bei bisher unerreichten Energien zum Zusammenstoß.
Nikolaus Kopernikus
Ein vorsichtiger Einzelgänger rückte die Sonne in den Mittelpunkt unserer Welt und setzte so eine wissenschaftliche Revolution in Gang.
Im Interview berichtet Andreas Hoecker von den Vorbereitungen für die dritte Betriebsphase des Large Hadron Collider.
Coronavirus
Im Interview erklärt Tim Salditt, wie sich menschliche Lungen nach einer COVID-19- Infektion mithilfe von Röntgenstrahlen untersuchen lassen.
Menschen hinter der Forschung
Hinter jeder Erkenntnis über das Universum stecken Menschen, die jahrelang darauf hin gearbeitet haben. Wir stellen einige von ihnen vor.
Gaia
Der dritte Beobachtungskatalog des Weltraumteleskops Gaia beinhaltet über 1,8 Milliarden Sterne, Galaxien und andere astronomische Objekte.
Sterne
Die Milchstraße setzt sich aus mehr als hundert Milliarden Sternen zusammen – einer davon ist unsere Sonne.
Weltraummission
OSIRIS-REx entnahm Bodenproben vom erdnahen Asteroiden Bennu und wird diese voraussichtlich am 24. September auf der Erde abliefern.
Wissenschaftsjahr
Was sind Schwarze Löcher? Sind wir allein im Universum? Das Wissenschaftsjahr 2023 – Unser Universum richtet den Blick von der Erde ins All… und wieder zurück.
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.
Ultrakurzzeitphysik
Thomas Pfeifer vom Max-Planck-Institut für Kernphysik nutzt Lichtpulse, die nicht einmal eine billiardstel Sekunde andauern, um Atome und Moleküle zu untersuchen.
Raumsonde Psyche
Im Interview berichtet Ralf Jaumann über die Hintergründe der NASA-Mission Psyche, die Anfang Oktober starten wird.
Quantenmechanik
Im Interview erzählt Reinhard Dörner, wie ihm und seinen Kollegen die Messung der bislang kürzesten Zeitspanne gelang.
In den 1960er Jahren begann man bei DESY, die an Teilchenbeschleunigern erzeugte Synchrotronstrahlung für Forschungszwecke zu nutzen.
Ein Gebiet der Quantenoptik befasst sich damit, ultrakurze Laserpulse zu erzeugen. Forscherteams ist es gelungen, Pulse mit einer Dauer von wenigen Femtosekunden herzustellen.
Katalysatoren für Brennstoffzellen sollen auf kleinstem Raum eine riesengroße Oberfläche für chemische Reaktionen bieten. Aber das macht sie für Schäden anfällig.
Brennstoffzellen sollen so effizient und umweltfreundlich wie nie zuvor chemische in elektrische Energie umwandeln. Wie funktionieren die Hoffnungsträger?
Zwei Reaktordesigns sind für Fusionskraftwerke in Entwicklung. Wie unterscheiden sich die Funktionsprinzipien von Tokamak und Stellerator?
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.
Wenn es gelingt, das kontrollierte Schmelzen von Atomkernen auf der Erde zu realisieren und die freiwerdende Energie einzufangen, wird eine völlig neue Energiequelle erschlossen.
Der ILC wird es erlauben, Fragen zur Natur von Materie, Energie, Raum und Zeit sowie zur Dunklen Materie und Energie und zu Extra-Dimensionen zu untersuchen.
Richtet man intensives Laserlicht auf Materie, so werden geladene Teilchen freigesetzt und auf hohe Energien beschleunigt.
Physikern aus München und Berlin gelang erstmals die Beschleunigung von geladenen Teilchen durch mechanische Kräfte, die von einem hoch intensiven Laserstrahl ausgehen.
Von der Idee zum Weltprojekt: die wichtigsten Meilensteine auf dem Weg zum International Linear Collider ILC.
Die starke Bündelung des Laserstrahls, kombiniert mit seiner hohen Lichtintensität, eröffnet ihm überall dort Anwendungsgebiete, wo man masselose Lineale braucht.
Seit einigen Jahren versucht die europäische Forschung, unsere bisweilen 50 Jahre alten Stromnetze zu modernisieren und neue Kraftwerke zu integrieren, die von den Launen der Sonne oder des Windes abhängig sind.
Wenn das intensive Licht moderner Hochleistungskurzpulslaser mit Materie in Wechselwirkung tritt, reichen die Gesetze der klassischen Optik zur Beschreibung nicht mehr aus.
Wie läßt sich das Plasma stabil einschließen, gleichzeitig aber an seinem Rand ein kontrollierter Abtransport der ungeheuren Wärmemengen erreichen?
Unterschiedliche Methoden der Diagnostik helfen die Vorgänge im Fusionsplasma zu verstehen.
Die Sonne erzeugt durch die Fusion von Wasserstoff- zu Heliumkernen große Mengen an Energie. Forscher am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik wollen diesen Prozess nachbilden.
Werden leichte, geladene Teilchen durch ein Magnetfeld abgelenkt, senden sie tangential zur Bewegungsrichtung elektromagnetische Wellen aus - die Synchrotronstrahlung.
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.
Wenn im Frühling die Sonne von Tag zu Tag höher steigt, setzt die Wirkung einer positiven Rückkopplung zwischen Meereis und Meerwasser ein. Sie ist einer der Hauptgründe dafür, dass globale Temperaturänderungen in der Arktis am stärksten ausfallen.
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.
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.
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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