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Materie
Ein Neutronradiographiedetektor besteht aus einem Neutronenleuchtschirm und einer CCD-Kamera. Der Leuchtschirm ist eine Konverterplatte aus Lithiumflourid (LiF) und Zinksulfid (ZnS). Die nukleare Nachweisreaktion lautet: 6 Li + n → 3 H + 4 He + 4,79…
Die magnetische Sonde eines Rastertunnelmikroskops ertastet die magnetischen Eigenschaften einzelner Atome.
Wie ein Berggipfel erhebt sich das elektronische Signal eines Dotieratoms über das der einzelnen Atome einer Halbleiteroberfläche
Eine mit Stickstoffionen beschossene Kupferoberfläche, Aufnahme mit einem Rastertunnelmikroskop
Teilchen
Eine ganz neue Sichtweise: Teilchen in unserer vierdimensionalen Raumzeit sind das holographische Abbild einer fünfdimensionalen Welt aus Strings. Hologramm und Urbild enthalten im Prinzip die gleiche Information, kodieren diese aber in sehr…
Ein in Kohlenstoff eingebetteter Goldkristallit weist im korrigierten Mikroskop atomar scharfe Kanten auf.
Die beiden Herzstücke des neuen Prototypen sind zwei zwölfpolige Elemente, die für die Korrektur der sphärischen Aberration sorgen.
Nur ein silberfarbenes Teilstück im unteren Drittel des Philips CM200ST-Mikroskops verrät den Prototypen mit der verbesserten Optik. Der Korrektor wurde nachträglich in die Mikroskopsäule unterhalb der Objektivlinse eingesetzt.
Mittels numerischer Verfahren wird aus der gesamten Serie von circa 20 Defokusaufnahmen des Bariumtitanats die Phase der Elektronen nach ihrem Durchgang durch die Probe berechnet. So werden hier beispielsweise Säulen von Titanatomen sichtbar, die…
Zwei hochauflösende Abbildungen von Bariumtitanat. Die beiden Aufnahmen unterscheiden sich in der Fokussierung. Insgesamt wird eine Serie von circa 20 Bildern mit unterschiedlichen Fokuswerten (links oben im Bild) aufgenommen. Man erkennt eine…
Diese Legierung aus Aluminium-Palladium-Mangan zeigt ein für Kristalle seltenes fünfeckiges Muster – es handelt sich hierbei um einen Quasikristall. Kleines Bild zeigt die simulierte Struktur.
Schematiche Darstellung des Radiographieprinzips.
Foto des verwendeten Teststands. Der Motor wird über Zahnriemen (rechts) von einem Elektromotor (unten) angetrieben .
Nobelpreis für Physik
Alfred Nobel (21.10.1833 bis 10.12.1896) erfand unter anderem das Dynamik. Er stiftete den nach ihm benannten „Nobelpreis“. Der Nobelpreis wird in jedem Jahr am Todestag Nobels, am 10. Dezember, in Stockholm verliehen – bis auf den…
Oben: Schematische Darstellung der Nahfeldmikroskopie mit Hilfe einer bedampften Faserspitze. Unten: Blick auf eine metallisierte Faserspitze. Das Licht kann nur durch die kleine Öffnung in der Mitte der Spitze austreten.
Mikroskopische Aufnahme eines einzelnen biologischen Makromoleküls, des sogenannten Green Fluorescent Proteins (GFP) in Polyacrylamidgel.
Aufnahme der Oberfläche eines magnetischen Datenspeichers mit einem Magnetkraftmikroskop.
Atomar aufgelöste Stufe auf einer Nickeloxid-Oberfläche. Aufnahme mit einem Rasterkraftmikroskop im Nichtkontaktmodus
Details eines Computerchips, aufgenommen mit einem Rasterkraftmikroskop
Einzelne Atome auf der Oberfläche eines Siliziumkristalls, aufgenommen mit einem Rastertunnelmikroskop
Ein atomarer Zaun aus Kobaltatomen.
Offene Frage: Wieso entsprechen sich die Ladungen von Proton und Elektron derart, dass sich elektrisch neutrale Atome bilden können?
Unter diesem Gebäude verbergen sich bis in acht Meter Tiefe die perfekt abgeschirmten Laborräume.
Offene Frage: Wieso gibt es genau drei Teilchenfamilien?
Neutronen sind mehr als nur Bausteine des Atomkerns. Als freie Teilchen können sie tief in Materie eindringen, einzelne Atome erkennen und magnetische Momente sichtbar machen. Dadurch werden sie zu idealen Sonden für die Erforschung der inneren…
Textur eines Hochdruckgesteins: Die Polfiguren zeigen die berechnete Verteilung von drei Kristallrichtungen im Mineral Omphazit aus den Alpen. Die charakteristischen Maxima verraten, dass das Gestein in die Länge gezogen wurde – unter hohem Druck und…
Aus Streuexperimenten mit Neutronen erhalten die Wissenschaftler Polfiguren, aus denen sie die Orientierung der Kristallite im Brennstoffzellen-Elektrolyt berechnen können. In einer Probe (oben; links: gemessen, rechts: berechnet) liegen die…
Dieses Muster entstand durch die Beugung konvergenter Elektronenstrahlen an einem Siliziumkristall. Solche Beugungsbilder verraten die räumlichen Symmetriebeziehungen innerhalb des Kristalls.
Anordnung der Atome im Strontiumtitanat. Links unten sind die drei Atomarten dargestellt, rechts das mit Hilfe der Computersimulation erzeugte Bild. Gewonnen wurden die Aufnahmen mit dem größten Elektronenmikroskop am Institut – dem ARM 1250…
Aufnahmen eines Hochleistungswerkstoffs aus Si₃N₄-Körnern, der mit einer Aluminiumlegierung infiltriert wurde. Das Schwarz-Weiß-Bild zeigt die Kornstruktur des Materials, das farbige die mit dem ESI-Verfahren gewonnene elektronenspektroskopische…
Zu den „jüngsten“ Elektronenmikroskopen am Stuttgarter Max-Planck-Institut zählt das EM 912. Sein Filtersystem lässt sich so einstellen, dass jeweils nur die an einem bestimmten chemischen Element gestreuten Elektronen zur Abbildung beitragen. Mit…
Vergleich eines Konfokalmikroskops (links) mit einem Zwei-Photonen-Mikroskop (rechts). In beiden Geräten wird das Anregungslicht (von links kommend) von einem Laser erzeugt und über einen halbdurchlässigen Spiegel und eine Objektivlinse in die Probe…
Die aus 500 Kondensatoren bestehende Energieversorgungsanlage des Hochfeld-Magnetlabors Dresden ist die weltweit größte ihrer Art. Bei einer maximal gespeicherten Energie von 50 Megajoule kann kurzfristig eine Leistung von bis zu 5 Gigawatt erzielt…
Beispiel einer Messung der Elektronenspin-Resonanz. Licht mit der Frequenz von 1,6 Terahertz (entsprechend 190 µm Wellenlänge) wird in die Probe gestrahlt und gleichzeitig ein gepulstes Magnetfeld angelegt. Der zeitliche Magnetfeldverlauf wird durch…
Prototyp des Dresdner 100-Tesla-Magneten. Das System besteht aus zwei konzentrischen Einzelspulen. Die äußere Spule erzeugt ein gepulstes Hintergrundfeld von ca. 500 Millisekunden. Im Feldmaximum wird in der inneren Spule ein zusätzliches Magnetfeld…
Erde
Torsten Sachs vom GFZ Potsdam untersucht die Emission von Kohlenstoffdioxid in Permafrostgebieten.
Dienste im Web
Im Herbst 2008 erschien die erste Folge des Podcasts von „Welt der Physik“.
Offene Frage: Gibt es eine Urkraft? Die Stärken der Kräfte nähern sich bei hohen Energien (kleineren Abständen) an.
Der Betonsockel ruht auf einem Luftkissen. Kleinste Erschütterungen können zusätzlich aktiv mit diesen Dämpfern ausgeglichen werden.
Eine lebende Netzhaut, aufgenommen mit einem Zwei-Photonen-Mikroskop. Das Gewebe ist grün gefärbt, während einzelne Interneurone rot erscheinen.
Die Beschichtung auf einem Tonband besteht aus magnetischen Materialien. So können Daten aufgezeichnet und wieder abgespielt werden.
Mit einem Stabmagnet und Eisenspänen lassen sich die magnetischen Feldlinien sichtbar machen.
Teilchen Teilchen Bei der Suche nach dem, „was die Welt im Innersten zusammenhält“, stießen Physiker in immer kleinere Dimensionen vor. Dabei entdeckten sie nicht nur neue Teilchen, sondern auch bislang unbekannte Kräfte. Themenseite Materie Materie…
Leben
Das Rasterscan-Prinzip mit Ionen entspricht der Technik, die mit Elektronen in Fernsehgeräten genutzt wird. Die Abbildung zeigt die Reproduktion des berühmten Fotos von Albert Einstein in dem das Rasterscan-System von der GSI wie ein…
Blick in eine magnetooptische Atomfalle (MOT). Die gefangenen Atome erkennt man in der Vakuumapparatur als hellen Punkt.
Beispiel eines ALD-Wachstumzyklus. Nach sukzessiver Reaktion von Zinkchlorid und Schwefelwasserstoff mit der Oberfläche bleibt eine Lage Zinksulfid zurück.
50 solcher bizarr geformten Magnetspulen erzeugen den magnetischen Käfig für den Stellarator Wendelstein 7-X, der zurzeit in Greifswald aufgebaut wird.
Fusionsplasma in der Anlage ASDEX Upgrade. Von magnetischen Kräften geformt und vor den Gefäßwänden in Schwebe gehalten, wird die Randschicht des Plasmas auf speziell ausgerüsteten Divertor-Prallplatten am Boden des Plasmagefäßes gelenkt.
Blick in das Plasmagefäß des europäischen Gemeinschaftsexperiments JET, der weltweit größten Fusionsanlage.
Schematische Darstellung einer Fusionsanlage vom Typ Tokamak. Von innen nach außen: Transformatorspule (rot), Plasma (gelb), verdrillte Magnetfeldlinien (rot), Plasmagefäß (blau), Hauptfeldspulen (rot), Zusatzspulen (grün).
Eine Goldfolie (Mitte) wird von links mit einem 100-Terawatt-Laser beschossen. Der Laser setzt hochenergetische Protonen frei, die zum Durchleuchten von Materialproben verwendet werden können (unten rechts).
Wenn ein Laserpuls (gelb) ein Plasma durchquert, bildet sich hinter ihm, also in seinem „Kielwasser“ (engl.: wake) eine Plasmawelle heraus. Diese Welle kann elektrisch geladene Teilchen – hier Elektronen – beschleunigen. Die Teilchen surfen sozusagen…
Verlauf von Dichte und Temperatur bei einem Laser-Plasma. Der Laser kommt von rechts und dringt bis zur kritischen Dichte vor. Die Temperatur ist in dem Bereich, in dem der Laserstrahl heizt, sehr hoch und nimmt direkt hinter der kritischen Dichte…
Oben: Wechselwirkung zwischen Atom und Licht. Bei jeder Absorption eines Photons wird ein Impuls auf das Atom übertragen. Unten: Das Prinzip der Laserkühlung von Atomen in einer optischen Melasse. (A) Das Atom bewegt sich nach rechts und erfährt…
Galliumoxid-Inseln auf Kobaltgallium (RTM-Laboraufnahme). T1 und T2 bezeichnen zwei unterschiedliche Kobaltgallium-Terrassen. Darauf befinden sich perfekt geordnete Oxidinseln (Ox). b bezeichnet den Abstand zwischen zwei Galliumreihen in der…
Eine Palladium-Indium Oberfläche nach Adsorption von Sauerstoff. Zu erkennen sind mehrere Terrassen ( T1 - T5); die Stufenhöhe beträgt etwa ein Ångström. Darauf haben sich Sauerstoffatome (schwarz) in einem perfekten hexagonalen Muster angeordnet.
Proteine im Golgi-Apparat einer Zelle, aufgenommen mit der 4PI-Mikroskopie
Nano-Eisendreiecke. Dreieckige Inseln aus Eisenatomen mit einer Kantenlänge von 3 nm (oder etwa 12 Atomen) haben sich durch Selbstorganisation auf einem Platinsubstrat gebildet, das zuvor mit einer Doppelschicht Kupfer bedeckt wurde. Die…
Die Lichtpulse für die Anregung (grün) und die Abschaltung (rot) der Leuchtmoleküle werden durch die gleiche Optik auf einen winzigen Bereich der Probe gelenkt. Nur dort entsteht ein solch winziger leuchtender Fleck, während der Rest der Probe dunkel…
Versuchsanordnung zur Erzeugung künstlicher Kugelblitze. Die Spannungsentladung zwischen den Elektroden lässt einen Wassertropfen verdampfen und erzeugt den Plasmaball.
Ein klassisches Gas kann man als materielles Gegenstück einer thermischen Lichtquelle auffassen. James Clerk Maxwell und Ludwig Boltzmann fanden bereits im 19. Jahrhundert heraus, dass die Geschwindigkeiten von Gasteilchen in einem Kasten (links)…
Eine kalte Wolke aus 200 Milliarden Rubidiumatomen leuchtet im Laserlicht einer MOT.
Schematisch vereinfachte Darstellung einer magnetooptischen Falle (MOT).
Johannes Schuster (rechts) und Andreas Marte aus der Arbeitsgruppe von Gerhard Rempe bei der Justage ihres Experiments zur Erzeugung von Bose-Einstein- Kondensaten. Der Bildschirm zeigt in Falschfarben-Darstellung typische „Absorptionsaufnahmen“ von…
Grafik aus: Mendelejeff: „Die periodische Gesetzmäßigkeit der Elemente“ , Annalen der Chemie und Pharmacie . VIII. Supplementband 1871, S. 133–229.
Wie bei herkömmlicher Fluoreszenzmikroskopie werden zunächst Leuchtmoleküle in einem kleinen Bereich der Probe durch einen kreisförmigen Lichtpuls angeregt. Um die Abbildungsgrenze zu umgehen, werden bei der STED-Mikroskopie bestimmte Moleküle gleich…
Bei der Untersuchung von Strukturen auf der Nanoskala ist STED bisherigen lichtmikroskopischen Methoden deutlich überlegen. Beide Abbildungen zeigen die Verteilung des Eiweißes Syntaxin1A in der Membran einer Säugerzelle. Bei der STED-Aufnahme können…
Kernspinkühlung. Das Prinzip ist im zugehörigen Artikel erklärt.
Selbstorganisierter, zylinderförmiger supramolekularer Molekülverband mit optoelektronischer Funktion im Zentrum. Ganz oben fügen sich die "Kuchenstücke" erst zu einer Scheibe zusammen, die sich dann auf den Stapel des Zylinders setzt.
Die Skala zeigt die Temperaturen, die mit den verschiedenen Laserkühlverfahren erreicht werden, und vergleicht sie mit bekannten Temperaturen. Noch tiefere Temperaturen erreicht man mit Hilfe der Verdampfungskühlung, zum Beispiel bei der Erzeugung…
Erwin Schroedinger im Jahr 1933.
Niels Bohr im Jahr 1935.
Grafik aus Daltons Werk New System of Chemical Philosophy
Hufeisenmagnet mit Eisenspänen als Beispiel für Ferromagnetismus
Albert Einstein und die Relativitätstheorie
Der Lorentzfaktor wächst mit steigender Geschwindigkeit an. Nähert sich ein Inertialsystem der Lichtgeschwindigkeit c , wird er unendlich groß. Das hat unter anderem wichtige Folgen für die relativistische Massenzunahme: Ein schnell bewegtes Objekt –…
Physiker schossen Myonen mit einem Lorentzfaktor von 65 in einen Speicherring ein, das entspricht einer Geschwindigkeit von 99,99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Die vom Labor aus beobachtete Abnahme der Teilchenzahl ist in der folgenden Abbildung…
Universum
GBM-Detektoren (hinten links und rechts) bei Tests im Labor.
Modell der internationalen Raumstation ISS mit dem Alpha-Magnetischen Spektrometer AMS, das im All nach schweren Antielementen suchen soll.
Komplexer Wirrwarr: Mit Supercomputern lässt sich zeigen, wie Versetzungen in einem Kristall entstehen. Aus einem kleinen Riss (links oben) wächst ein Muster aus Tausenden von Versetzungen. Die Computersimulation berechnet die Bewegung von einer…
Der INTEGRAL-Satellit detektiert Röntgenstrahlung und weiche Gammastrahlung aus dem Weltall.
Tscherenkowteleskope wie H.E.S.S. oder MAGIC (hier im Bild) messen Gammastrahlung aus dem Weltall bei höchsten Energien. Da H.E.S.S. die südliche Hemisphere und MAGIC die nördliche Hemisphere beobachten, decken sie gemeinsam den gesamten Himmel ab.
Nach der Wechselwirkung eines hochenergetischen Neutrinos in Wasser oder Eis entsteht ein bläulicher Tscherenkow-Lichtblitz, der mit einer großen Matrix von empfindlichen Photosensoren vermessen werden kann. Im Bild sind die Lichtsensoren des…
Forschung – gefördert vom BMBF
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert zahlreiche Projekte der physikalischen Grundlagenforschung. Wir stellen einige davon vor.
Physik hinter den Dingen Physik hinter den Dingen Der Alltag steckt voller spannender Physik. Wie eine Mikrowelle das Essen erwärmt, warum das Meer rauscht und T-Shirts in der Disko leuchten, erfahren Sie hier. Themenseite Forschung – gefördert vom…
links: Ein Laserstrahl wird an der Oberfläche eines Plasmas reflektiert. Die Aufnahme zeigt den Einsatz als doppelter Plasmaspiegel. Der Laserstrahl (rote linie) wird auf beiden Seiten von der Oberfläche des Plasmas reflektiert. rechts: so sieht der…
Ein Laserstrahl erzeugt ein Plasma an der Oberkante eines Würfels aus gefrorenem Stickstoff. Deutlich ist zu erkennen, dass der Laser nur die Oberfläche heizt, während der Rest des Eiskristalls während des Laserpulses kalt bleibt.
Auf das Elektron des durch einen Attosekunden-Blitz angeregten Neonatoms wirkt die sich zeitlich verändernde Kraft eines roten Laserpulses ein. Diese Kraft muss zur elektrischen Kraft addiert werden, die das Elektron an das Atom gebunden hält. Die…
Während wir Menschen einen Hügel erklimmen müssen, um ihn zu überwinden (A), geht das in der in der Quantenphysik auch anders: Quantenobjekte können auf die andere Seite eines Hügels gelangen, indem sie ihn einfach durchtunneln, das heißt sie müssen…
Klassische Bahnen in einem Billard von der Form eines Kreises und eines Stadions.
Das Bohrsche Atommodell. Für ein Elektron sind nur solche Bahnen um den Atomkern stabil, bei denen auf einem vollen Umlauf eine ganze Zahl von Wellenlängen Platz hat.
In manchen Stoffen verlieren Elektronen aufgrund von Quantenphasenübergängen ihre gewohnten Eigenschaften. Die bei dem magnetischen Übergang in einer Cer-Kupfer-Gold-Legierung (CeCu 6-x Au x ) auftretenden kritischen Fluktuationen lassen sich mit…
Verschränkte Photonen sichtbar gemacht. Diese Aufnahme (in Falschfarben) zeigt Licht aus einem Kristall, in dem Photonenpaare erzeugt werden. Dabei entsteht Licht in unterschiedlichen Frequenzen, das sich kegelförmig ausbreitet. Von vorne sieht man…
Experimenteller Aufbau zur Erzeugung von Paaren aus Zwillingsphotonen.
Wahrscheinlichkeitsdichte der Wellenfunktion im Wasserstoffatom.Quantenzahlen von links oben nach rechts unten: n=1, l=0, m=0; n=2, l=0, m=0; n=2, l=1, m=0; n=3, l=0, m=0; n=3, l=1, m=0; n=3, l=2, m=1.
Die gewaltigen Dimensionen des Large Binocular Telescope (LBT) verdeutlicht dieses Bild. Der erste Hauptspiegel (rechts) ruht bereits in seiner Montierung, hoch darüber ist die Primärfokus-Kamera LBC 1 für den roten Spektralbereich zu sehen.
Werner Heisenberg
Nicht nur Licht, sondern auch einzelne Elektronen können ein Interferenzmuster erzeugen, wenn sie durch einen Doppelspalt laufen. Akira Tonomura von den Hitachi Advanced Research Laboratory in Japan führte ein solches Experiment durch. Hier ist die…
Simulation der Annihilation der Dunkle-Materie-Teilchen vom galaktischen Zentrum, wie sie von FGST nach fünf Jahren Himmelsdurchmusterung gemessen würde.
Position des GBM im Satelliten (rechts oben) und Anordnung der Natriumiodid- und BGO-Detektoren. Die gegeneinander geneigten Natriumiodid-Detektoren sind so um den Satelliten angeordnet, dass sie fast den gesamten Himmel abdecken und eine…
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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