Physik in unserer Zeit

Aktuelle Ausgabe - Volume 49 Issue 4 (July 2018)

Titelbild

100 Jahre Noether‐Theoreme

1918 veröffentlichte die Mathematikerin Emmy Noether zwei Theoreme. Diese stellten die beiden fundamentalen Konzepte der Physik Symmetrie und Erhaltung in einen überraschenden Zusammenhang und beeinflussten die theoretische Physik maßgeblich.

Editorial

Und immer wieder die Symmetrie

  • Jakob Schwichtenberg
  • Seite 159-159

Inhalt

Treffpunkt Forschung

Ringströme in einzelnen Atomen

Ein Elektron, das einen Atomkern umkreist, entspricht einem Ringstrom. Unserer Forschungsgruppe an der Universität Frankfurt ist es gelungen, gezielt Elektronen mit einem bestimmten Umlaufsinn aus dem Atom zu lösen, sodass ein Atom ohne Ringstrom zu einem Ion mit definiertem Ringstrom wird [1]. Der Ionisationsprozess findet innerhalb eines Zeitfensters von wenigen Femtosekunden (10–15 Sekunden) statt.

  • Sebastian Eckart, Maksim Kunitski, Reinhard Dörner
  • Seite 162-163

Laser schaltet Magnet an und aus

Mit einem Laserstrahl in einer Legierung magnetische Strukturen zu erzeugen und anschließend wieder zu löschen – das gelang einer internationalen Kooperation unter Leitung des Helmholtz‐Zentrums Dresden‐Rossendorf (HZDR) [1]. Durch Laserpulse veränderte sie die Anordnung der Atome, was eine Veränderung der magnetischen Eigenschaften zur Folge hatte. Da Laser in der Industrie weit verbreitet sind, könnten sich für die Materialbearbeitung,...

  • Jonathan Ehrler, Rantej Bali, Florian Kronast, Leonid Zhigilei
  • Seite 163-164

Terahertzstrahlen dirigieren Elektronenpakete

Ultraschnelle Elektronenmikroskope und Röntgenstrahlungsquellen basieren auf beschleunigten und präzise geformten Elektronenpaketen. Unsere Gruppe am DESY konnte kürzlich zeigen, wie mit sehr hochfrequenter Strahlung im Terahertzbereich kompakte Bauelemente für die Elektronenbeschleunigung realisiert und mit leichter Abwandlung auch zur zeitlichen und räumlichen Pulsformung sowie Pulscharakterisierung verwendet werden können. ...

  • Dongfang Zhang, Arya Fallahi, Nicholas H. Matlis, Franz X. Kärtner
  • Seite 165-166

Neutrinowaage KATRIN geht in Betrieb

Am 11. Juni ging am Karlsruhe Institut für Technologie offiziell das Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment (KATRIN) in Betrieb. Es soll die Ruhemasse von Elektron‐Neutrinos messen und wird dabei in der ersten Phase eine untere Grenze von 0,2 eV erreichen.

  • Seite 166-166

Kosmische Kollisionen

Die ungewöhnlichen Formen der Saturnmonde Pan, Atlas und Prometheus haben die Forscher über deren Entstehung rätseln lassen. Jetzt könnten Physiker der Universität Bern die Antwort gefunden haben. Die Formen sind eine natürliche Folge von Zusammenstößen zwischen kleinen Monden ähnlicher Größe.

  • Seite 167-167

Physics News

  • Seite 167-167

Artikel

Universum im Kristall

Zusammenfassung In der klassischen Physik spielen Erhaltungsgrößen wie Energie oder Impuls eine zentrale Rolle. Durch Quantisierungseffekte sind solche Größen in bestimmten Extremsituationen allerdings nicht mehr zwangsläufig erhalten. Die Untersuchung solcher Quantenanomalien ist nun der Festkörperphysik dank neuer Materialsysteme zugänglich geworden. In Weyl‐Halbmetallen konnten so Quantenanomalien als Bruch der Erhaltungsgröße...

  • Anna C. Niemann, Johannes Gooth, Claudia Felser, Kornelius Nielsch
  • Seite 168-175

„Invariantentheorie ist jetzt hier Trumpf“

Zusammenfassung Im Juli 1918 publizierte Emmy Noether eine Arbeit mit dem Titel „Invariante Variationsprobleme“. Darin formulierte sie zwei für die Physik bahnbrechende Theoreme. Das erste Theorem besagt, dass zu jeder kontinuierlichen Symmetrie eines physikalischen Systems eine Erhaltungsgröße gehört und umgekehrt. Das zweite Theorem ist weniger bekannt. Es kann in Noethers eigenen Worten als die „größtmögliche gruppentheoretische...

  • Cordula Tollmien
  • Seite 176-182

Quarks im Tetrapack

Zusammenfassung Die starke Wechselwirkung im niederenergetischen Bereich, die sich in der Formation von gebundenen Teilchen darstellt, ist um neue Facetten reicher geworden. Experimente haben Evidenz für Teilchen aus Vier‐ und Fünf‐Quarkzuständen gefunden, die aufgrund ihrer ungewöhnlichen Eigenschaften nicht in das etablierte Baryonen‐ oder Mesonenschema passen. Ihre detaillierte Untersuchung wird unser Wissen über Hadronen, die...

  • Ulrich Wiedner
  • Seite 183-189

Slow Speed – Fast Motion

Zusammenfassung Videokameras werden in Physikexperimenten standardmäßig zur Visualisierung eingesetzt. Hochgeschwindigkeitskameras gestatten es, Phänomene zu studieren, die zu schnell für das Auge sind. Manche physikalische Vorgänge laufen aber zu langsam für unsere Wahrnehmung ab, zum Beispiel Diffusionsprozesse oder viele Phasenübergänge. Solche Vorgänge macht die Zeitraffertechnologie der Zeitskala typischer menschlicher...

  • Michael Vollmer, Klaus‐Peter Möllmann
  • Seite 190-193

Streichen, Zupfen, Slappen

Zusammenfassung Kontrabässe sind wie Gamben in Quarten gestimmt, besitzen aber f‐Löcher wie Violinen. Helmholtz‐ und Hauptresonanz sowie die Saitenschwingungen prägen das Frequenzspek trum. Untersuchungen zweier Bässe zeigen: Eine Fichtenholzdecke sorgt für intensivere Obertöne und gibt die Klangcharakteristika verschiedener Saiten hörbarer wieder als eine aus Sperrholz. Bei der Spieltechnik ist das Slappen subjektiv lauter als das...

  • Thomas Englmair, Leopold Mathelitsch, Ivo Verovnik
  • Seite 194-195

Schlaffer Faden, straffer Loop

Zusammenfassung Die als Spielzeug schon lange bekannte Loopingpfeife erweist sich als eine Art Miniaturausgabe der Seilschleuder. Statt mit einem Elektromotor wird durch bloßes Pusten ein Miniseil zum Rotieren gebracht und in einen Loopingzustand versetzt. Die für die Seilschleuder entwickelte Theorie lässt sich daher mit einigen Anpassungen auf die Loopingpfeife übertragen. Die konstruktive Rolle der Reibung in Form des...

  • Hans Joachim Schlichting, Wilfried Suhr
  • Seite 196-200

Magazin

Von Eiswürfeln und gefrorenen Seen

Eiswürfel in Getränken sind im Hochsommer meist in wenigen Minuten geschmolzen, während ein zugefrorener See im Winter nach einem Warmlufteinbruch uns noch einige Tage erfreut. Die Zeitskalen des Schmelzens hängen im Wesentlichen von der Geometrie der Eises, seiner Umgebungstemperatur und den beteiligten Wämeübergangs koeffizienten ab. Mit Zeitraffervideos untersuchen wir das Schmelzen eines Eisklumpens.

  • Michael Vollmer, Klaus‐Peter Möllmann
  • Seite 201-202

Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit verständlicher mit NCSU MyTech

Die App NCSU MyTech kann die Beschleunigungs‐ und Gyroskop‐Sensoren von Smartphones und Tablets auslesen, darstellen und abspeichern. Sie bietet einen didaktisch ansprechenden Aufbau, und die vielfältigen Funktionen ermöglichen einen sinnvollen Einsatz in Schule und Lehre.

  • Michael Thees, Pascal Klein, Jochen Kuhn, Thomas Wilhelm
  • Seite 202-203

Farbige Sonnentaler in der Kirche

Die Elemente eines Kirchenfensters wirken wie unterschiedlich geformte, eingefärbte Öffnungen. Ihre Projektionen auf dem relativ weit entfernten Kirchenboden nehmen die Form der Lichtquelle an.

  • Hans‐Joachim Schlichting
  • Seite 204-204

Bücher Magazin

Historisches Rätsel Magazin

Geister der Quantenmechanik

Wie nehmen wir die Wirklichkeit wahr? Was ist überhaupt Wirklichkeit? Und wie beschreiben wir sie am besten mit Mitteln der Mathe matik? Die Antworten, die der Gesuchte findet, haben nicht nur mit Physik zu tun, sondern auch mit einer von der Hippiezeit geprägten Sinnsuche.

  • Andreas Loos
  • Seite 205-205

Magazin

Treffpunkt TV

  • Seite 205-205

Raoul Schrott – Erste Erde

Wie schreibt man ein Epos über den großen Bogen der naturwissenschaftlichen Erkenntnisse vom Urknall bis zur Entstehung des Lebens auf der Erde, das auch deren Bedeutung für uns Menschen herstellt?

  • Alexander Laska
  • Seite 206-206

Vorschau

Vorschau auf Heft 5/2018

  • Seite 207-207

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