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03.09.2010 | |
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Physik in unserer Zeit Aktuell, farbig, kompakt und kompetent.
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| Akuelles Heft: |
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Physik in unserer Zeit
50 Jahre Laser
Am 16. Mai 1960 gelang es zum ersten Mal, einen kohärenten Lichtstrahl zu erzeugen. Er wurde als Laserstrahl berühmt und kennt längst ein breites Spektrum von Anwendungen. Dieser Beitrag stellt einige von ihnen vor und erzählt dabei die Geschichte des Lasers, die überraschend mühsam in Gang kam. (Titelbild: Trumpf)
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Laser – das besondere Licht
Inhalt: Physik in unserer Zeit 5/2010
Aufladung von Vulkanwolken und Staubstürmen
In vulkanischen Aschewolken und Sandstürmen beobachtet man häufig blitzartige Entladungen. Sie sind die Folge einer vorangegangenen Aufladung der Wolken. Ursache hierfür ist ein Ladungsaustausch zwischen den Partikeln, wenn diese miteinander kollidieren. Die genaue Ursache hierfür ist jedoch umstritten und Gegenstand intensiver Forschung. Mit Hilfe von Laborexperimenten und Computersimulationen ist es unserer Gruppe an der ETH Zürich gelungen, einen Mechanismus zu identifizieren, der die Aufladung von aufgewirbelten Teilchenwolken erklären kann.
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Schwergewichte auf der Waage
Am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung ist erstmalig eine Präzisionsmassenmessung an einem Element im Bereich der Transurane gelungen. Das ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Stabilitätsinsel der superschweren Kerne.
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Kondensation mit Laserlicht
Nebel- und Wolkentröpfchen oder Eiskristalle können sich aus atmosphärischem Wasserdampf nur an bereits vorhandenen Kondensationskeimen bilden. Unsere Gruppe von der Freien Universität Berlin konnte nun zusammen mit Kollegen aus der Schweiz und Frankreich im Rahmen des Teramobile-Projekts demonstrieren, dass sich solche Kondensationskeime mit kurzen, intensiven Laserpulsen in feuchter Atmosphäre erzeugen lassen.
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Dreidimensionale optische Tarnkappe realisiert
Tarnkappen, die Menschen unsichtbar machen, galten jahrtausendelang als unerreichbarer Mythos. Unlängst konnten wir am Karlsruhe Institute of Technology gemeinsam mit Kollegen aus London jedoch erstmals eine dreidimensionale optische Tarnkappe herstellen und deren Funktion mit Hilfe eines optischen Mikroskops direkt experimentell nachweisen.
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Physics News
Erhellende Entdeckung. Fünfzig Jahre Laser
Am 16. Mai 1960 gelang es Theodore Maiman zum ersten Mal, einen Laserstrahl zu erzeugen. Dabei legte Albert Einstein mit der Entdeckung der induzierten Emission bereits 1916 den theoretischen Grundstein. Bis zur Entwicklung des Lasers dauerte es also im Rückblick erstaunlich lange. Ein Grund könnte in der Tatsache liegen, dass erst eine neue Physikergeneration kommen musste, für die die Quantentheorie zum selbstverständlichen Werkzeug geworden war. Laser kennen heute ein breites Spektrum von Anwendungen. Es reicht von der Medizin über die Informationstechnologie bis zur vielfältigen Materialbearbeitung. Dieser Artikel stellt einige von ihnen vor und blickt zurück in die Geschichte des Lasers.
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Vielschichtiger Blick in den Körper. Magnet-Resonanz-Tomographie
Die Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) ist die vielseitigste medizinische Bildgebungsmethode für Gehirn, Herz und den muskuloskeletalen Bereich. Heute kommen immer höhere Magnet- und Gradientenfelder zum Einsatz. Hochfrequenz-Array-Spulen ermöglichen kontrastreiche Bilder in kurzer Zeit. Die MRT kann Hirninfarkte im Frühstadium erkennen. Sie kann mit Kontrastmitteln bei der Diagnose von Mammatumoren in der weiblichen Brust helfen und Hinweise auf Prostatakrebs geben. Ihre Anwendung ist nicht allein auf die Abbildung morphologischer Details beschränkt. Sie gibt auch über die Funktion etwa des Gefäßsystems oder des Gehirns Auskunft.
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Verschränkung – Schlüssel zur Quantenwelt. Quanteninformationstheorie Teil 1: Grundlagen
Der grundlegende Unterschied zwischen klassischer Physik und der Quantenmechanik liegt in einem allgemeinen Komplementaritätsprinzip. Nach diesem lassen sich verschiedene, getrennt durchaus erlaubte Messungen an einem Quantensystem nicht durch eine gemeinsame Messung ersetzen. Dieses Prinzip folgt aus experimentellen Daten zusammen mit einem Lokalitätsprinzip, nämlich der Unmöglichkeit der Nachrichtenübermittlung allein durch Betrachtung von korrelierten Daten. Diese Folgerung, das Bellsche Theorem, setzt keinerlei quantenmechanischen Formalismus voraus. In diesem Beitrag wird es anhand einer einfachen Geschichte durchgeführt. Daraus ergibt sich zudem die Unmöglichkeit einer Beschreibung quantenmechanischer Systeme durch lokale verborgene Variable. Eine weitere Folge ist die Existenz von Verschränkung. Diese Art von Korrelation zwischen Teilsystemen lässt sich nicht klassisch erzeugen.
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Schwingende Magnete. Experimente im Erdmagnetfeld
Ein leicht erhältlicher starker Magnet führt im Erdmagnetfeld eine nur sehr schwach gedämpfte Schwingung aus. Damit lassen sich wichtige physikalische Größen wie die Horizontalkomponente des Erdmagnetfelds und das magnetische Moment von Permanentmagneten messen. Außerdem kann man die Eigenschaften eines fast ideal schwingenden Systems ohne Reibung analysieren. Durch die experimentell einfach zu messende Induktion in einer Spulenanordnung ist es darüber hinaus möglich, die Schwingungsfrequenzen mit einer Genauigkeit von10–4 oder besser zu bestimmen. Damit lässt sich unter anderem die Addition der magnetischen Momente demonstrieren und die magnetischen Momente in verschiedenen Bauformen von Magneten berechnen.
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Schlag um Schlag. Physik des Ruderns
Der Rudersport hat eine Maximierung der Bootsgeschwindigkeit zum Ziel. Entscheidenden Einfluss auf den Vortrieb hat die am Ruderblatt erzeugte Kraft. Wesentlich ist auch die Relativbewegung der Ruderer im Boot. Bei der Ganzkörpersportart kommt es auf die Minimierung der Reibungsverluste an. Das gelingt durch möglichst gleichförmige Bewegungsmuster und durch die Anpassung des Sportgerätes. Der Vortrieb wird dabei durch angepasste Hebelverhältnisse und die Arbeit über scheinbar uneffektive Winkel gewährleistet. Die durch die Bootsform diktierte Rumpfgeschwindigkeit limitiert ihn letztlich.
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“It's been plenty of time ...”
Die Geburtsstunde der theoretischen Nanotechnologie wird heute gerne auf den 29. Dezember 1959 zurückdatiert. An diesem Tag äußerte der spätere Nobelpreisträger Richard Feynman in seiner Bankettansprache “There's Plenty of Room at the Bottom” erste Gedanken zu einer extremen Erhöhung von Datenspeicherdichten. Nanotechnologen sehen sich mit ihrer Arbeit in der Tradition seiner Ideen.
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Wie Mathematiker ticken. Von D. Ruelle
Antimaterie. Von F. Close
Laser. Eine deutsche Erfolgsgeschichte von Einstein bis heute. Von Ernst Peter Fischer
Leistungssport in der Biosphäre
Klettern, Springen, Laufen – diese Fortbewegungsarten spielen bei Mensch und Tier naturgemäß eine große Rolle. Physikalische Gesetze zeigen Grenzen auf, die auch für den Leistungssport gelten.
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Der Fehlersucher
Wenn zwei Astronomen denselben Sterndurchgang beobachten, dann weichen ihre Messungen stets ein wenig voneinander ab. Doch als erfahrener Astronom riecht der Gesuchte hinter solchen Unterschieden mehr als Zufall. Er hält sie für systematische Fehler, abhängig vom jeweiligen Beobachter und dessen Instrument. Das vermeintliche Phänomen tauft er die “persönliche Differenz.” Jahrelang versucht er, ihm auf die Spur zu kommen. Vergeblich.
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Handfeste Emulsionen
Emulsionen aus Öl und Wasser, wie Mayonnaisen, gehören zum Standardprogramm jeder kreativen Küche. Trotz der Formbeständigkeit der Mayonnaisehäubchen auf den Tellern bleibt die Emulsion eine Flüssigkeit. Kleine Scherkräfte reichen aus, und die Mayonnaise beginnt zu fließen. Für feste, schnittfeste Emulsionen hilft es, die kontinuierliche Phase zu gelieren.
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Der Große Graben
Vorschau auf Heft 6/2010
Im nächsten Heft:Vom Stokes-Integral zum FinanzmarktIntelligent umgarntGeheime Nachrichten und schnelle RechnerAufbruch in höhere DimensionenNanomechanik des Lebens zum Anfassen
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