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Materie
Metalle sind extrem vielseitig. Sie leiten Strom und Wärme, sind bei Raumtemperatur entweder hochfest oder weich wie Butter. Metalle sind mit Abstand die häufigsten Elemente des Periodensystems.
Die Erfindung des Transistors 1947 und der Kunstgriff der Dotierung brachten den Durchbruch für die Halbleiterindustrie.
Ob metallischer Glanz, Rost oder Reibung – die obersten Atomschichten einer Substanz bestimmen wesentlich, wie sie aussieht, wie sie reagiert und wozu sie alles nützlich sein kann.
Da sich sowohl die anorganische als auch die organische Materie aus den gleichen Bausteinen zusammensetzt, treffen in der Nanowelt die Fachbereiche Physik, Biologie und Chemie aufeinander.
In der Spintronik zeigen Elektronen, dass sie für weit mehr verwendet werden können als nur für Elektronik, nämlich wenn ihr Spin genutzt wird.
Um die Geheimnisse der Stoffe zu enthüllen, müssen große Maschinen und Geräte gebaut werden, die mit den Methoden der Streuung von Licht oder Teilchen arbeiten.
Biologen vertrauen seit langem auf den Blick durch Lichtmikroskope. Physiker entwickeln immer bessere Methoden, um das Auflösungsvermögen weiter zu erhöhen.
Bis heute wurde das Elektronenmikroskop stetig weiter entwickelt und ist ein wertvolles Instrument zur Untersuchung der Materie.
Rastersondenmikroskope gewähren uns einen Einblick in die Welt der Atome und Moleküle. Sie können dort zwar auch nicht „sehen“, aber sie tasten sich durch den Nanokosmos.
Teilchen
Im Mai 2017 wurde am European XFEL – dem weltweit leistungsfähigste Röntgenlaser – erstmals Laserlicht erzeugt und am 1. September wurde der Freie-Elektronen-Laser offiziell eröffnet.
Neutronen werden verwendet, um Struktur und Eigenschaften von Materialien aufzuklären.
Neutronen sind eine außergewöhnliche Sonde, mit der kondensierte Materie untersucht werden kann.
Die Forschung mit Photonen ermöglicht Einblicke in die belebte und unbelebte Welt von nicht gekannter Präzision.
Die Untersuchung einer neuen Klasse von Hochtemperatursupraleitern mit Synchrotronstrahlung bei hohen Drücken bestätigt die theoretischen Vorhersagen.
Das Licht, das wir sehen können, ist nur ein kleiner Teil des sogenannten elektromagnetischen Spektrums.
Obwohl die Erfindung des Lasers im Jahr 1960 auf den Ergebnissen reiner Grundlagenforschung beruht, hat er längst seinen festen Platz in unserem Alltag.
Fliegen geladene Teilchen in einem Magnetfeld um die Kurve, so geben sie Strahlung ab. Diese Strahlung wird heute zu Forschungszwecken genutzt.
Mit den Lichtintensitäten, die moderne Hochleistungslaser erreichen, lassen sich geladene Teilchen auf hohe Energien beschleunigen.
Mit dem HASYLAB zählt das Forschungszentrum DESY zu den weltweit wichtigsten Adressen für die Forschung mit Synchrotronstrahlung.
Im Hamburger Synchrotronstrahlungslabor HASYLAB arbeiten Naturwissenschaftler verschiedener Fachrichtungen sowie Industrieunternehmen an unterschiedlichen Fragestellungen.
Physiker analysieren komplexe Dynamik von Elektronen, die bei der Spaltung von Molekülen mit Licht entstehen.
Universum
Neue Theorie erklärt, wie sich supermassive Schwarze Löcher schon im jungen Universum bilden konnten.
Erde
Lange dachten Forscher, vom Wind aufgepeitschte Meereswellen könnten kaum höher werden als 15 Meter. Doch sie irrten sich. Die sogenannten Freak Waves können sich bis zu 35 Meter hoch auftürmen.
Simulationen zeigen, dass aus Flüssigkeiten in elektrischen Feldern auf Knopfdruck feste Kristalle wachsen können.
Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble zeigen: Verschmelzungen von Galaxien sind nicht die Ursache.
Technik
Stauseen, Gezeitenströmungen und Flussläufe sind die effizientesten Möglichkeiten um Strom aus Wasserkraft zu erzeugen.
Wegen immer höherer Wirkungsgrade sind Kohlekraftwerke attraktive Energiequellen. Die Kehrseite: Bei der Verbrennung fossiler Energieträger entstehen große Mengen an klimawirksamem Kohlendioxid. Gibt es einen Kompromiss?
Für die zivile Nutzung der Kernkraft muss man die enormen Energien, die bei der Kernspaltung freigesetzt werden, sicher kontrollieren. Welt der Physik erklärt die physikalischen Grundlagen und technischen Anforderungen an einen Kernreaktor und gibt…
Elektrischer Strom wird durch Umwandlung aus anderen Energieformen gewonnen und zum Speichern meist wieder umgewandelt.
In Brennstoffzellen lässt sich umweltfreundlich Energie speichern. Physikerinnen und Physiker helfen dabei, die Technologie zu verfeinern.
Erhitzt man Materie immer mehr, so entsteht irgendwann ein Plasma. Dieser vierte Materiezustand ist auch für technische Anwendungen von Interesse.
Wie man die Existenz der Atome und Moleküle bewiesen hat, ist eines der spannendsten Kapitel in der Geschichte des menschlichen Geistes.
Quantenmechanische Effekte von Atomen spielen bei vielen Phänomenen eine Rolle, etwa bei der Suprafluidität oder bei Einstein-Bose-Kondensaten.
Leben
Immer wieder haben sich Physik und Biologie in der Vergangenheit getroffen, aber auch wieder voneinander entfernt. Zuletzt kamen sie sich zunehmend näher.
Die Natur besitzt mächtige Selbstheilungskräfte, bei manchen Lebewesen können sogar ganze Gliedmaßen nachwachsen. Doch Säugetiere wie der Mensch brauchen auch Hilfsmittel.
Ob eine Prothese richtig im Knochen sitzt, wird von den Gesetzen der Biomechanik bestimmt.
Ingenieure und Industriedesigner fordern immer mehr von Werkstoffen. Die Materialforschung liefert dabei die Zutaten für die Produkte der Zukunft.
„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“ …
Mit neuen Technologien wollen Wissenschaftler dies zunehmende Mobilität auch in Zukunft möglichst günstig und zugleich klimafreundlich gewährleisten.
Teilchenphysik
Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt alle bekannten Elementarteilchen sowie deren Wechselwirkungen. Doch es sind noch einige Fragen offen.
Elektroautos könnten Strom aus erneuerbaren Energien speichern, wenn dieser im Netz günstig verfügbar ist. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie testen das mit dem Projekt „MeRegio Mobil“.
Neutrinos sind neben Photonen die häufigsten Teilchen im Universum und zugleich äußerst unscheinbar und rätselhaft.
Es gibt überzeugende Hinweise, dass das Standardmodell der Teilchenphysik eines Tages überholt werden muss. Die Physiker haben bereits Konzepte für die Zukunft parat.
Mit Streuversuchen erforschen Physiker die Materie. Die Wahl geeigneter Teilchen und Energien ist dabei ebenso wichtig wie die des richtigen Detektors.
Physik zum Anfassen
Inzwischen gibt es zahlreiche Orte, an denen sich Physik anfassen, ausprobieren und verstehen lässt.
Verstehen kann nur, wer sich mit dem Thema auseinandersetzt, anfasst und begreift. Diesem Motto folgen die sogenannte Schülerlabore.
Die „Hands on Particle Physics Masterclasses“ sind internationale Schülerforschungstage der Teilchenphysik für Schüler und Lehrkräfte weltweit.
Beim Netzwerk Teilchenwelt können Jugendliche an Bildungseinrichtungen in ihrer Nähe, in Schülerlaboren oder der eigenen Schule mit echten Daten aus dem CERN arbeiten.
Wettbewerbe
Der seit 1965 jährlich ausgerichtete Wettbewerb „Jugend Forscht“ wählt in drei Wettbewerbsstufen die besten Nachwuchtalente der Wissenschaft aus.
Die großen Experimente ALICE, ATLAS, CMS und LHCb mit ihren hochhausgroßen Detektoren wurden entwickelt, um offene Fragen der Teilchenphysik zu beantworten.
Die Physiker bei ATLAS setzen auf den größten Teilchendetektor, der je an einem Beschleuniger gebaut wurde.
Für die Internationale PhysikOlympiade (IPho) kommen Schüler aus der ganzen Welt zusammen. Der Wettbewerb findet jedes Jahr im Juli in einem anderen Teilnehmerland statt.
Die internationale JuniorScienceOlympiade (IJSO) vereint Wissen und Fähigkeiten aus Biologie, Chemie und Physik.
Im Bundesweiten Wettbewerb Physik üben sich Schüler an physikalischen Fragestellungen.
Experimentieren, Basteln, Preise Gewinnen: Darum geht es beim bundesweiten Schülerwettbewerb „exciting physics“.
Der Wettbewerb „freestyle physics“ entstand aus dem Festival „Highlights der Physik“, das 2002 in Duisburg zu Gast war. Mittlerweile findet er alljährlich statt.
Im Rahmen des Wettbewerbs „SolarMobil Deutschland“ schicken die Teilnehmenden ihre selbstgebauten Solarmodellfahrzeuge ins Rennen.
Beim Wettbewerb „Invent a chip“ können Schüler einen Chip entwerfen und ihre Vorschläge anschließend in die Tat umsetzen.
Von Lehrern für Lehrer: Science on Stage vernetzt engagierte Lehrkräfte. Auf den internationalen Bildungsmessen tauschen Lehrkräfte aus ganz Europa außergewöhnliche Ideen für naturwissenschaftlichen Unterricht aus.
Beim Science Slam stellen Wissenschaftler ihre Forschungsergebnisse nicht im Kollegenkreis, sondern für ein bunt gemischtes Abendpublikum vor.
Der Bundesumweltwettbewerb fordert Jugendliche und junge Erwachsene dazu auf, sich mit mit Umweltproblemen vor ihrer Haustür zu beschäftigen und nach Lösungen zu suchen.
Um den extrem selten wechselwirkenden Teilchen auf die Spur zu kommen, braucht man ausgeklügelte Nachweissysteme. Diese befinden sich meist tief unter der Erde.
Viele Universitäten und Forschungseinrichtungen bieten Kolloquien und allgemeinverständliche Vorträge über physikalische Themen an.
In einer „Langen Nacht der Wissenschaften“ öffnen Hochschulen, außeruniversitäre Forschungseinrichtungen und Institute in einer Region oder Stadt ihre Türen.
15 Jahre lang prallten im Teilchenbeschleuniger HERA bei DESY in Hamburg Elektronen und Protonen aufeinander. Im Sommer 2007 endete die Datennahme.
Mit FAIR entsteht in Darmstadt ein Zentrum für die Forschung mit Ionen und Antiprotonen, das einzigartige Einblicke in die Struktur der Materie ermöglichen wird.
Am GSI Helmholtzzentrum in Darmstadt entsteht eine neue Beschleunigeranlage, die weltweit einzigartige Experimente ermöglichen wird.
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.
Neun Staaten werden FAIR gemeinsam errichten. Sie haben im Oktober 2010 ein entsprechendes völkerrechtliches Abkommen unterzeichnet.
Das nächste gigantische Projekt der Teilchenphysik ist derzeit in Planung: der Internationale Linearcollider ILC.
Vom Erdkern bis zum äußersten Rand der Atmosphäre, von den Tropen bis zu den Polen – die Physik unseres Planeten entfaltet sich in vielgestaltigen Phänomenen.
Wie verändert sich das Klima der Erde? Das ist nicht die einzige Frage, die Meteorologen und Ozeanographen beschäftigt. Viele Vorgänge in der Atmosphäre und im Meer sind noch nicht detailliert geklärt.
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.
Exoplaneten
Noch ist unser blauer Planet etwas Besonderes. Doch immer mehr Planeten bei anderen Sternen werden entdeckt, die erdähnlich und lebensfreundlich sein könnten.
Der alltägliche Sprachgebrauch von „astronomischen Zahlen“ meint Werte, die mit normalem Verstand nicht fassbar sind. Wie misst man „astronomischen Entfernungen“?
Nach gängiger Theorie entstand das Universum vor etwa 14 Milliarden Jahren aus dem Urknall. Doch wie hat es sich bis heute entwickelt und wie sieht die Zukunft aus?
Sie bedecken rund siebzig Prozent des Erdballs und reichen an manchen Orten mehr als zehn Kilometer in die Tiefe – die Ozeane.
Die Strömungen der Ozeane sind für das Klima wesentlich. Eine besondere Rolle kommt dabei der Thermohalinen Zirkulation im Atlantischen Ozean zu. Ihr zukünftiges Schicksal ist unsicher.
Aus den Tiefen des Kosmos kommt nicht nur Licht – also elektromagnetische Strahlung – zu uns: Die Erde ist einem ständigen Bombardement von Teilchen ausgesetzt.
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.
Bis heute ist unklar, wie die kompakten Objekte genau aussehen. Durch den Nachweis von Gravitationswellen könnten die Theoretiker Ihre Modelle testen.
Die größten bekannten Materieansammlungen im All sind Galaxienhaufen. Durch ihre Anziehungskraft lenken sie sogar Licht ab – sie wirken wie eine gigantische Linse.
Die Forscher des Instituts Agrosphäre in Jülich erkunden, wie sich Pflanzenschutz- oder Düngemittel im Boden verteilen, ob sie zu harmlosen Substanzen abgebaut werden oder ob sie in das Grundwasser gelangen.
Der Befund: Sehr hohe Verschmutzungen verschlechtern die Luftqualität weiträumig und mindern den Niederschlag in dieser Region.
Die klassische Astronomie nutzte nur sichtbares Licht von Himmelskörpern. Mittlerweile sind Beobachtungen von vielen Spektralbereichen und kosmischen Teilchen Routine.
Die Tsunamikatastrophe von 2004 im Indischen Ozean hat die Menschen in der Region aufgeschreckt. Das Warnsystem GITEWS soll innerhalb von wenigen Minuten Warnungen erzeugen.
Teleskope auf entlegenen Bergen, Forschungssatelliten im Weltraum: Nacht für Nacht, Tag für Tag versuchen Astronomen, die Geheimnisse des Universums zu entdecken.
Eis, wohin das Auge schaut, beißende Kälte und heftige Stürme – die Polargebiete gehören zu den unwirtlichsten Regionen der Erde. Um sie zu erforschen, bedarf es spezieller Hilfsmittel.
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?
Chaos und Ordnung
Wenn für Systeme wie etwa die Atmosphäre langfristige Vorhersagen unmöglich sind, spricht man von chaotischem Verhalten. Unsere Welt ist voller Chaos. Dennoch bildet sich Ordnung oft von selbst.
Neue Analysemethode auf der Basis einer Nobelpreis-Entdeckung
FAQ
Wer steckt hinter Welt der Physik? Kann ich ein Praktikum in der Redaktion machen? Antworten auf diese und weitere Fragen finden Sie hier.
Welt der Physik
Wer nach seinem Physikstudium in den Wissenschaftsjournalismus einsteigen möchte, kann ein Praktikum in der Redaktion von Welt der Physik machen.
Einige Objekte in Sternhaufen sind heißer und leuchtkräftiger als die Theorie erlaubt. Ursache für diese "Blauen Nachzügler" ist offenbar ein naher Begleitstern, von dem Masse abgezogen wurde.
Flüssiges Magma stieg in nur vier Stunden aus großer Tiefe auf.
Mittels eines Miniaturkegels aus Silber lassen sich aus infrarotem Laserlicht ultrakurze, extrem ultraviolette Pulse erzeugen
Am Hochfeldmagnetlabor in Grenoble entdeckten Physiker 1980 den Quanten-Hall-Effekt. Fünf Jahre später erhielt Klaus von Klitzing dafür den Nobelpreis für Physik.
Zwar scheint der Kosmos voll von strahlenden Sternen und leuchtenden Gaswolken zu sein. Doch der Eindruck trügt.
Große Höhe und niedrige Temperaturen können die Ausbeute von Solarzellen steigern.
Eigentlich sollte die gegenseitige Anziehung der Materie die Ausdehnung des Kosmos langsam abbremsen, doch stattdessen expandiert er scheinbar immer schneller.
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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