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Physik hinter den Dingen
Der Komet Lulin in einer Aufnahme des NASA-Satelliten Swift.
Highlights der Physik
Highlights der Physik 2002 „Die Welt hinter den Dingen“
Halbmond mit dunklen Flecken: Aufnahme der ESA-Sonde Rosetta
Die Venus zieht vor der Sonne vorüber. Foto des Venustransits am 8. Juni 2004.
Technik
Als Reservoire für ihre Wärmekraftmaschine im Nanomaßstab setzten Linke und sein Team zwei filigrane Metalldrähte mit jeweils unterschiedlichen Temperaturen ein. Dazwischen positionierten sie eine winzige Struktur aus Nanodrähten.
Ist die Venus am Morgen- oder wie hier am Abendhimmel zu sehen, dann gibt es etwa einmal im Monat eine recht schöne Begegnung mit dem Mond.
Universum
Lageplan der Detektoren des südlichen Pierre-Auger-Observatoriums in der Nähe der Stadt Malargüe in Argentinien. Rote Punkte markieren die Wassertanks, blaue Linien kennzeichnen das Gesichtsfeld der einzelnen Fluoreszenzteleskope.
Innerer Aufbau eines Tscherenkow-Tanks mit den drei Photomultipliern, einer Solarzellenfläche sowie dem GPS-Empfänger und der Antenne.
Darstellung eines Luftschauers, der von den Fluoreszenzteleskopen im Stereomodus beobachtet wurde und dessen Teilchen in 17 Tanks des Oberflächenfelds nachgewiesen wurden (Stereo-Hybrid-Ereignis). Die Schauerachse ist als rote Linie zusammen mit der…
Ein Mikrowellenherd erhitzt zunächst die Wassermoleküle im Essen.
Installation eines Photomultipliers im antarktischen Eis.
Ein Bilderbuch-Ereignis aus dem Jahr 1996: Eine Myon-Spur durchläuft den Baikal-Detektor von unten nach oben und leuchtet 19 der 48 Sensorpaare aus.
Die Logos von Baikal-NT200, AMANDA und IceCube.
Leben
Radioaktives Material muss in speziellen Behältern verschlossen werden, um die Strahlung abzuschirmen.
Teilchen
Die sieben Schritte zur Synthese von Antiwasserstoff: Zunächst werden Antiprotonen nach Durchgang durch eine Folie in einem Raum von hintereinander liegenden kreisförmigen Elektroden eingefangen, in denen in einer kleinen Potentialmulde zuvor…
Die weltweite Computerarchitektur für das LHC-Projekt sieht eine zentrale Tier-0-Ebene am CERN vor. Zur Ebene 2 gehören elf große regionale Rechenzentren, gefolgt von Labor- und Universitätsrechnern in den Ebenen 3 und Desktopsystemen in der Ebene 4.
Datenmenge pro Ereignis und Ereignisrate verschiedener Experimente der Teilchenphysik. LHCb: 10 5 Bytes pro Ereignis; 0,5·10 5 Ereignisse pro Sekunde. ATLAS/CMS: 10 6 Bytes pro Ereignis; 10 5 Ereignisse pro Sekunde. ALICE: 0,6·10 5 Bytes pro…
Produktionsprozess 4: Einer der möglichen Produktionsprozesse von Antiwasserstoff: Diese Reaktion wurde für die erste Erzeugung von Antiwasserstoffatomen 1995 am CERN verwendet. Dazu wurden Antiprotonen mit hohen Energien auf Xenon-Atome geschossen.…
Produktionsprozess 3: Einer der Produktionsprozesse von Antiwasserstoff: Bei Stößen zwischen einem Antiproton und zwei Positronen in überlagerten Fallen verbindet sich ein Positron mit dem Antiproton zum Antiwasserstoff. Das zweite Positron nimmt die…
Das „gespiegelte“ Paar Wasserstoff und Antiwasserstoff, aufgebaut aus Proton plus Elektron beziehungsweise aus Antiproton plus Antielektron (Positron).
Produktionsprozess 2: Einer der möglichen Produktionsprozesse von Antiwasserstoff: Bei Stößen von Antiprotonen mit einem Positronium, einem Elektron-Positron-Paar, bindet sich das Positron an das Antiproton, während das Elektron des Positroniums als…
Rechenschrank im Rechenzentrum Karlsruhe
Produktionsprozess 1: Einer der möglichen Produktionsprozesse von Antiwasserstoff: Bei der radiativen Rekombination entstehen aus einem Antiproton und einem Positron unter Aussendung eines Gammaquanten ein Antiwasserstoffatom und ein Photon.
„Zipfel“ anstelle eines ebenmäßigen Randes: Erst, wenn man die mikrokristalline Struktur der Metalle angemessen in die Berechnung eines Umformvorgangs einbezieht, nimmt die Simulation die korrekte Form des Metallblechs vorweg.
Maske eines antiken Herrschers
Supraleitende Schwebebahn. Die Lok wird auf einer bestimmten Höhe gehalten und der darin befindliche Supraleiter mit flüssigem Stickstoff heruntergekühlt. Er „krallt“ sich dann am Magnetfeld der magnetischen Schienen fest und die Lokomotive schwebt.
Modell der internationalen Raumstation ISS mit dem Alpha-Magnetischen Spektrometer AMS, das im All nach schweren Antielementen suchen soll.
Theoretische Studien zur Leptogenese: Die Abbildung zeigt die berechnete Baryonenasymmetrie als Funktion der Masse M 1 des zerfallenden schweren Neutrinos und einer effektiven Masse m(tilde) 1 der leichten Neutrinos. Der berechnete Wert muss mit der…
Schema einer linearen Ionenfalle. Eine Kette von Ionen wird von elektrischen Wechselfeldern und den Feldern der Endringe festgehalten, ähnlich wie in einer Paul-Falle. Die Ionen können einzeln mit Lasern manipuliert werden und wechselwirken…
Oben: Klassische Bits (links) können nur die Werte 0 oder 1 annehmen. Bei einer Rechenoperation können sie diese Werte entweder behalten oder ändern. Quantenbits können in einer Überlagerung von 0 und 1 gleichzeitig vorliegen. Nach einer…
Röntgenbild einer Hand aus der heutigen Zeit
Einmassenschwinger von kurzer (links) und langer (rechts) Schwingungsdauer oder Periode, entsprechend hoher und niedriger Eigenfrequenz. Eine Fußpunktanregung kann hier durch Hin- und Herrollen des Wagens erreicht werden, was den bewegten Erdboden…
Eine graphische Darstellung der Ergebnisse zur Synchronisation von Fußgängern auf der Millennium Bridge. Das obere Bild zeigt die Schwingungen der Brücke, die mit der Zeit immer stärker werden. Das untere Bild zeigt die Schrittfolge der Fußgänger.…
Die schematische Versuchsanordnung von Rutherford.
Je energiereicher die Projektile, desto mehr verraten sie über den Aufbau des Objekts: Aus der Ablenkung der Bälle kann man auf die Form des Sacks schließen; die Pfeile lassen die Kugeln in seinem Inneren erkennen; die hochenergetischen Geschosse…
Alphateilchen treffen auf eine Goldfolie: Stoßen sie auf einen Atomkern, werden sie zurückgeworfen; die anderen durchqueren die Folie mehr oder weniger ungehindert.
Realisierung eines Drehratensensors in Mikrosystemtechnik. Die gesamte Struktur ist nur etwa 1 mm² groß und schwingt 2000-mal je Sekunde in einer Drehschwingung um die Hochachse. Die Gitterstruktur im Innenbereich ist fertigungsbedingt.
Eine Rechenoperation im Quantengatter: Ein Radiopuls hat zuerst die Atome im gemischten blauroten Zustand präpariert (a). Das Laserlicht verschiebt die Atome nun zugleich nach rechts und links (b), wo sie mit Atomen auf den Nachbarplätzen im Gatter…
Die Strahlung, deren Frequenz gemessen werden soll, wird mit der Strahlung eines Frequenzkammes überlagert. Das Ergebnis kann mit herkömmlichen Techniken vermessen werden und lässt Rückschlüsse auf die ursprüngliche Frequenz zu.
Theodor Hänsch vor einem Versuchsaufbau.
Modell eines optischen Verstärkers, der in ein Glasfasernetz eingebunden ist.
Modell eines blaue emittierenden Kantenemitters (links) und einer Gruppe von vertikal emittierenden Lasern (rechts).
In diesem Diagramm ist das Antwortspektrum der in Bergheim gemessenen Ost-West-Komponente des Roermond-Bebens von 1992 logarithmisch dargestellt. Die Geschwindigkeit der angeregten Einmassenschwinger ist hier in Abhängigkeit von deren…
Durch eine Basisisolierung wird das Bauwerk im Fall eines Starkbebens mittels geeigneter Lagerkonstruktionen vom sich bewegenden Baugrund entkoppelt. Diese Aufgabe übernehmen beispielsweise die hier abgebildeten HARIS-Lager.
Test der AMS-Elektronik in einer Thermovakuumkammer des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik. Hier werden die großen Temperaturschwankungen und die fehlende Konvektionskühlung im Weltraum nachgeahmt.
Oben: Querschnitt durch den rund drei Meter hohen AMS-02-Detektor, der in viele Subdetektoren unterteilt ist. Die Impulse und Ladungsvorzeichen der Teilchen werden in einem Spektrometer, bestehend aus einem Silizium-Tracker in einer supraleitenden…
Das erste Bild einer Supernova im Licht der hochenergetischen Gammastrahlung um tausend Milliarden Elektronenvolt. Die Farbskala gibt die Gammaintensität an,während die Konturlinien die Intensität des Röntgenlichts nachzeichnen. Die Aufnahme…
Erde
Der Innenraum der Polar 5 bietet Platz für 18 Passagiere. Sie sitzen auf der Backbordseite, während auf der Steuerbordseite Platz für Fracht od Messgeräte ist.
Bei der Interpretation der Daten stützt man sich ganz wesentlich auf Teilchenkonfigurationen, die – Sonden ähnlich – besonders empfindlich auf den QGP-Zustand reagieren. Ein Beispiel stellen die Teilchen \(J/\Psi\) dar. Sie sind aus schweren Quarks…
Die Spuren, die die Teilchen hinterlassen, werden mit leistungsfähigen Rechnerprogrammen ausgewertet. Einen Eindruck von dieser Analysearbeit geben die simulierten Teilchenbahnen.
Die obige Computerdarstellung zeigt die Kollision zweier Kerne, die sich einander mit nahezu Lichtgeschwindigkeit nähern und aufeinander prallen. Nach Einsteins Relativitätstheorie haben sie, im Labor betrachtet, die Gestalt von flachen Pfannkuchen.…
Graphische Darstellung eines Mini-Urknalls in Bezug auf die Temperatur.
Schematischer Aufbau von Atomen vom Atom ganz rechts bis zum Quark ganz links.
Das hier abgebildete Spektrum stammt vom interstellaren Gas im Orion-Nebel und wurde mit HIFI aufgenommen. Für die meisten Linien konnte das aussendende Molekül identifiziert werden. Für einige ausgewählte Linien sind die Molekülnamen angegeben.
Ionisiertes Wasser konnte mit HIFI das erste Mal in der Sternentstehungsregion DR21 anhand seines spektroskopischen Fingerabdrucks, bestehend aus der Überlagerung von fünf Einzellinien, nachgewiesen werden. Das gemessene Spektrum ist noch vom…
In supraleitenden Elementen im HIFI-Mischerblock wird das Signal vom Teleskop mit dem Referenzsignal kombiniert. Die gesamte Einheit wird im Satelliten-Kryostaten mit Helium auf etwa drei Grad über dem absoluten Nullpunkt gekühlt.
Computergeneriertes Modell der ISS mit dem AMS-02-Detektor vorne links.
Die Schwingungen, die von Erdbeben ausgelöst werden, lassen sich mit dem Computer berechnen. Dies ist hier für drei konkrete Fälle getan worden - die Sterne zeigen den Ort der Erdbebenherde an. In Farben dargestellt sind die vertikalen Auslenkungen…
Am zweiten Weihnachtsfeiertag 2004 bebte vor Sumatra der Meeresboden. Das löste nicht nur einen verheerenden Tsunami aus, sondern auch Eigenschwingungen der Erde. In diesem Frequenzdiagramm sind sie dargestellt. Die verschiedenen Intensitätsgipfel…
Die Lysimeter werden auf dem Acker in den Boden gepresst und anschließend mit dem Bodenkern in den Lysimeterkeller eingesetzt. Dort stehen sie auf empfindlichen Waagen, die Veränderungen des Wassergehaltes im Boden erfassen können.
Das Licht eines Lasers ist einfarbig, die einzelnen Wellenzüge schwingen im Gleichtakt und der Strahl des Lasers ist extrem dünn.
Praktischer Versuch: Im Karlsruher Dynamo- Experiment wird flüssiges Natrium durch ein Röhrensystem gepumpt, um einen Geodynamo künstlich zu erzeugen.
Als die Erde im Dezember 2004 im Indischen Ozean bebte, änderte sich auch das Schwerefeld des Ozeanbodens. Die Farben geben hier die relative Beschleunigung der beiden GRACE-Satelliten an: In diesem Fall einige Nanometer pro Sekundenquadrat.
Mit Hilfe der GRACE-Satelliten konnten Wissenschaftler zeigen, dass sich der Grundwasserspiegel zwischen 2002 und 2008 in Indien verändert hat: Auf der Karte sind Wasserverluste in rot, -zuwachs in blau dargestellt. Im Nordwesten sank der…
Satellitenaufnahmen des Gebiets um Antofagasta in Chile nach einem Erdbeben der Stärke 7,5. Links: Landsat-Bild. Mitte: Das SAR-Interferogramm (Überlagerung der Aufnahmen vor und 16 Tage nach dem Erdbeben) zeigt ein klares, regelmäßiges…
Der Hauptkonkurrent für Europas Projekt: Ein US-Team unter Leitung des California Institute of Technology plant den Bau eines Dreißig-Meter-Teleskops.
Ein starker Laser produziert einen künstlichen Leitstern für das VLT (Very Large Telescope) in Chile, damit die adaptive Optik die Luftunruhe kompensieren kann. Das Riesenteleskop braucht fünf bis neun solcher Laser auf einmal, um seine Ziele zu…
Die weltweit erste Fernaufzeichnung eines Erdbebens durch Ernst v. Rebeur-Paschwitz. Das in Potsdam registrierte Erdbeben ereignete sich am 17. April 1889 in Japan. Die Kurve zeigt den Horizontalausschlag eines Pendels, der optisch auf einem Film…
Die San-Andreas-Störung in Kalifornien ist für schwere Erbeben bekannt. Auf der Karte erkennt man den Verlauf der Störung (dicke Linie): In den letzten Jahren bewegte sich die Erde nur an den roten Linienabschnitten, an dem blauen Abschnitt bei…
Von dieser Plattform aus wurde auf dem Bosumtwi-Kratersee in Ghana in den Seeboden hinein gebohrt. Die Bohrplattform besteht aus 40 schwimmfähigen Containern. An Land wird mit ihnen die Anlage transportiert. Die Bohrinsel erlaubt Bohrungen von mehr…
Die neue Bohranlage des GeoForschungsZentrums Potsdam kann Bohrtiefen von bis zu 5000 Metern erreichen. Die Anlage heißt INNOVARIG. Eine neue Hebewerktechnologie erlaubt deutlich schnellere Bohrungen als bei herkömmlichen Anlagen. Außerdem lässt sich…
Ein Computermodell simuliert einen Blick in die Tiefe und berechnet mithilfe des CRAY-Parallelrechners, wie eine Stoffwolke durch den Boden wandert.
Gammastrahlung erzeugt in großer Höhe eine Kaskade von Sekundärteilchen. Diese senden einen Lichtblitz aus, der mit den Spiegelteleskopen beobachtet wird.
Bild eines Gamma-Schauers, wie er mit den H.E.S.S.-Teleskopen beobachtet wird.
Die vier Teleskope des VLT (Very Large Telescope) erwarten den Sonnenuntergang. Sie gelten als die besten optischen Teleskope weltweit – und doch bleiben ihnen mindestens 95 Prozent des Kosmos prinzipiell verborgen.
Der LHC (Large Hadron Collider) bei CERN wird in einem Tunnel aufgebaut. Das LHC soll mit verschiedenen Detektoren ausgestattet werden um Kollisionen von Protonen mit anderen Teilchen zu Detektieren. Vielleicht wird man dabei Hinweise auf Teilchen…
Der Schutzbau des Hamburger Robotischen Teleskops mit geöffnetem Dach.
In diesem Schutzbau ist das Hamburger Robotische Teleskop derzeit untergebracht. Vorher war in diesem Gebäude der so genannte Zonenastrograph der Hamburger Sternwarte untergebracht. Das Dach des Schutzbaus kann für Beobachtungen aufgeschoben werden.
Das Hamburger Robotische Teleskop in seinem Schutzbau auf dem Gelände der Hamburger Sternwarte.
Einer der beiden Meßarme des Gravitationswellendetektors GEO600 bei Hannover.
M 82 (Entfernung zwölf Millionen Lichtjahre) ist eine irreguläre Galaxie (das heißt sie folgt keiner eindeutigen Symmetrie wie Spiralgalaxien oder elliptische Galaxien). Blau leuchten die Sterne, rot erscheinen die Wasserstoffwolken, die sich bis zu…
Der Weltenergiebedarf hat sich von 1971 bis 2016 um den Faktor 2,69 mehr als verdoppelt.
Die Differenz zwischen Primär- und Endenergiebedarf ergibt sich aus Verbrauch und Verlust im Energiesektor und dem nichtenergetischen Verbrauch. Dazu gehören zum Beispiel die Herstellung von Kunststoff, Asphalt oder Chemikalien.
Ein Teil der Primärenergie in Deutschland geht in Umwandlungsprozessen verloren. Ein weiterer Teil zählt zum nicht energetischen Verbrauch. Ein Beispiel hierfür ist die Herstellung von Kunststoff aus Erdöl. Der übrige Betrag deckt als Endenergie den…
Majestätische Begegnung in 115 Millionen Lichtjahren Entfernung. Langfristig werden die beiden Galaxien NGC 2207 und IC 2163 zu einer Riesengalaxie verschmelzen – dabei entstehen enorme Gravitationswellen.
Der Gravitationswellendetektor GEO600 im Leinetal südlich von Hannove.
Zu den Eigenschwingungen der Erde zählt auch eine besonders ungewöhnlich: Die Erde taumelt dabei wie ein Kreisel. Entscheidend für diese freie Nutation genannte Bewegung ist, dass Figurenachse und Rotationsachse voneinander abweichen. Die…
Wettbewerbe
Ein Adventskalender der besonderen Art: Täglich werden per Videoclip kleine Experimente und physikalische Rätsel vorgestellt.
Auf offenem Meer folgen die Wellen immer der Windrichtung. An der Küste beobachtet man aber Wellen, die parallel zum Ufer laufen. Warum?
Materie
Der in eine Kante des Röntgenpuls-Selektors gefräste Kanal lässt nur für winzige Sekundenbruchteile einen vom Synchrotron ausgesendeten Strahlungspuls passieren. Damit bringt er die Röntgenstrahlung in den richtigen Takt, beispielsweise für die…
Einkerbungen am Rand der Scheibe sollen abwechselnd Neutronen passieren lassen.
Wie eine Kreissäge zerteilt der Neutronenchopper den Neutronenstrahl in die von den Forschern benötigten Pulse. C: Chopperscheibe, R: Radiallager mit Ringmagneten, A: Axialstabilisierung mit Sensoren und Korrekturspule zur Einstellung der…
Neutronenautoradiographie des Bildes „Armida entführt den eingeschläferten Rinaldo“ (aus 12 einzelnen Filmen zusammengesetzt). Deutlich sind zusätzliche Bäume zu erkennen (zur Hervorhebung braun eingefärbt), die in der endgültigen Ausführung des…
Nicolas Poussin, „Armida entführt den eingeschläferten Rinaldo“, ca. 1637, Gemäldegalerie Berlin, 120 x 150 cm 2 , Kat. Nr. 486. Ursprünglich wurde dieses Bild für das Werk eines Kopisten gehalten.
Kontrastvariation durch H-D Isotopenersatz, schematisch. Verschiedene funktionelle Einheiten können gegenüber dem Lösungsmittel hervorgehoben oder unterdrückt werden.
Magnetische Struktur von Er 6 Mn 23 . Die Struktur wurde beschrieben in: „Magnetic structures of Er 6 Mn 23 and DY 6 Mn 23 “, B. Ouladdiaf, J. Deportes, J. Rodriguez-Carvajal, Physica B 213&214 (1995), S. 330–332
Neutronen haben günstige Wellenlängen und Energien für die Untersuchung von kondensierter Materie.
Etwa 800 Sprengkapseln sorgen bei der Ariane 5 für die Abtrennung von Komponenten. Vor dem Einsatz muß jede Sprengkapsel auf ausreichende Packungsdichte und Homogenität der Sprengpulverfüllung geprüft werden. Dies ist mit der Neutronenradiographie…
Die Rücklaufleitung und die Druckleitung sind nun gefüllt. Bei der zu geringen Drehzahl (über externen elektrischen Antrieb) ist der Öldruck bei der letzten Spritzdüse nicht mehr konstant, es werden unregelmäßige dicke Tropfen ausgestoßen.
Zwischen den Zylinderwänden seitlich versetzt befinden sich Rücklaufleitungen, die das Öl von der Nockenwelle oben zurück zur Ölwanne führen. Darin sind Ölreste und Luftblasen zu sehen. Horizontal etwa auf gleicher Höhe mit der Kolbenunterseite…
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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