April 2015

Ein Forscher des Schweizer Instituts für Schnee- und Lawinenforschung untersucht die Stabilität der Schneedecke. (Bild: SLF, Mallaun Photography, vgl. S. 28)

Meinung

Holm Gero Hümmler
04 / 2015 Seite 3

Relativer Quantenquark

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Aktuell

Alexander Pawlak
04 / 2015 Seite 6

Neustart mit (fast) doppelter Energie

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Maike Pfalz
04 / 2015 Seite 7

Fahrplan für das Flaggschiff

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Maike Pfalz
04 / 2015 Seite 8

Bestrahlung im Fingerhut

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Alexander Pawlak
04 / 2015 Seite 12

Speicher für die Energiewende

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(EFI/AP)
04 / 2015 Seite 12

Ehrgeizig für Innovation

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Matthias Delbrück
04 / 2015 Seite 13

Wandel in der Wüste

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Matthias Delbrück
04 / 2015 Seite 14

Beschränkter Horizont

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04 / 2015 Seite 14

USA

Forschungsfreundlicher Haushalt / Strahlungsquelle eingeweiht / Bilanz der Energieförderung / Konzepte gegen Klimawandel /

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Leserbriefe

Otto Schult
04 / 2015 Seite 16

Wärmespeicher in der Praxis

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Johannes Bahrdt
04 / 2015 Seite 16

Auch im Röntgenbereich

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Mathias Seifert
04 / 2015 Seite 17

Welche Lehren?

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High-Tech

Michael Vogel
04 / 2015 Seite 18

Röntgen 3.0Nachhaltige DiodeZuckende KabelBunte Lichtkachel

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Im Brennpunkt

Gereon Niedner-Schatteburg
04 / 2015 Seite 20

Spektroskopie von fast nichts

Mithilfe der „Action Spectroscopy“ lässt sich wenigen Ionen in einer Falle hochaufgelöste spektrale Infor-
mation entlocken, obwohl (fast) keine messbare Absorption erreicht wird.

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Stefan Skupin
04 / 2015 Seite 22

Neue Phase für Filamente

In der Filamentierungsdynamik ultrakurzer hochintensiver Laserpulse tritt ein neuartiger Phasenübergang auf.

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Klaus Hornberger
04 / 2015 Seite 24

Cäsium mag es unrealistisch

Nichtinvasive Messungen atomarer Positionen erlauben die Falsifizierung makrorealistischer Modelle.

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Forum

Stefan Jorda
04 / 2015 Seite 28

Von der Schneeflocke zur Lawine

Mein erstes Ziel ist der Zauberberg.Von Davos aus geht es mit der Standseilbahn zum ehemaligen Sanatorium auf der Schatzalp, das Thomas Mann in seinem Roman verewigt hat. Für den prächtigen Jugendstilbau habe ich aber keine Zeit, denn von hier soll es 500 Meter höher gehen zum Strelapass. Dort unterhält das WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF eine meteorologische Station und ein Versuchsgelände. Doch die Skilifte, die uns dorthin bringen sollen, stehen still. Weiter oben tobt ein Sturm. Für meinen Begleiter Alec van Herwijnen gehören die Launen der Natur zum täglichen Brot. Der promovierte Physiker leitet die Forschungsgruppe Lawinenbildung am SLF und hat rasch einen Plan B. Mit den Tourenski steigen wir durch den verschneiten Wald und an einer Almhütte vorbei, bis wir einen freien Hang auf etwa 2000 Meter Höhe erreichen, den van Herwijnen für geeignet hält. Hier will er mir zeigen, mit welchen Methoden er die Eigenschaften der Schneedecke untersucht.

„Ich habe schon immer gerne im Schnee gespielt“, sagt van Herwijnen und nimmt die Lawinen­schaufel in die Hand. Er sticht damit senkrecht in den Schnee und schaufelt so lange Schnee beiseite, bis er einen senkrechten Schnitt durch die 1,30 Meter dicke Schneedecke freigelegt hat. Bereits auf den ersten Blick sind verschiedene Schichten zu erkennen, die er nun routiniert vermisst. Mit einem Metermaß bestimmt er die Tiefe der Schichten, mit einer Lupe Größe und Form der Schneekörner und mit einem Thermometer das Temperaturprofil. „Die Schneedecke ist wie ein Archiv der Witterung“, erklärt er und zeigt auf eine tief eingeschneite dünne Kruste: „Die ist vom 10. und 11. Januar, da hat es bis auf 2500 Meter Höhe geregnet“. Anschließend fielen 20 Zentimeter Schnee, bevor es eine Woche lang sonnig war mit sehr kalten Nächten, in denen sich Oberflächenreif gebildet hat. Unter der Lupe sind die großen kantigen Schneekristalle des Reifs zu erkennen. Da diese sich mit den seither gefallenen 60 Zentimeter Schnee nur schlecht verbinden können, ist die eingeschneite Reifschicht entscheidend für die Lawinengefahr: Spontan oder unter Belastung durch einen Skifahrer kann diese Schwachschicht kollabieren. Ist der Hang flach, macht sich das nur durch ein deutlich hörbares „Wumm“ bemerkbar. Ist der Hang aber steiler, kann die ganze Schneedecke über der Schwachschicht ins Gleiten kommen und als Schneebrettlawine abgehen.

Mit der touristischen Erschließung der Alpen, dem Bau von Verkehrswegen und Wasserkraftwerken stieg Anfang des letzten Jahrhunderts die Notwendigkeit, Lawinen und ihre Entstehung wissenschaftlich zu untersuchen. 1942 wurde daher das Eidgenössische Institut für Schnee- und Lawinenforschung gegründet. Im Winter 1950/51 fiel so viel Schnee, dass in der Schweiz fast hundert Lawinentote zu beklagen waren. Dies führte die praktische Notwendigkeit von Lawinenschutz und -vorhersage drastisch vor Augen und löste verstärkte Forschungsanstrengungen aus. Heute ist das SLF ein interdisziplinäres Institut, dessen 140 Mitarbeiter sich mit der Entstehung und der Dynamik von Lawinen ebenso befassen wie mit den Materialeigenschaften von Schnee oder der Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen. Dazu stehen ihnen Kältelabors und eine Schneemaschine zur Verfügung sowie verschiedene Versuchsfelder, in denen sie auch gezielt große Lawinen durch Sprengungen auslösen, um zum Beispiel Simulationsrechnungen mit den Beobachtungen zu vergleichen. Wintersportler kennen das SLF vor allem wegen des täglichen Lawinenbulletins, das die Lawinengefahr für alle Schweizer Berg­regionen mit den Stufen 1 („gering“) bis 5 („sehr groß“) quantifiziert. Wichtige Puzzleteile für das Bulletin sind Wetterbeobachtungen und Schneeprofile, die regelmäßig an verschiedenen Punkten in der Schweiz aufgenommen werden...

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Überblick

Michael Heckmeier, Udo Heider und Roman Maisch
04 / 2015 Seite 33

Materialien für dünne Displays

Inzwischen haben Flüssigkristalle nahezu den gesamten Markt für Fernseher erobert und erlauben immer größere Displays bei extrem schmaler Bauweise sowie das Eintauchen in eine dreidimensionale Welt. Seit etwa 15 Jahren wächst auch der Marktanteil von Displays aus organischen Leuchtdioden.

Von der Entdeckung der Flüssigkristalle durch den Botaniker Friedrich Reinitzer 1888 an der Deutschen Technischen Hochschule Prag war es ein langer Weg bis zu Displayanwendungen [1]. Zunächst war die Beobachtung von zwei Schmelzpunkten bei Cholesterylbenzorat und von diversen Farberscheinungen im Polarisationsmikroskop der Start eines jahrzehntelangen Streits in der wissenschaftlichen Welt. Neben der Reinheit der Materialien bestand Zweifel an der grundsätzlichen Möglichkeit, dass „flüssige Kristalle“ existieren, zeitweise wurde gar über „lebende Kristalle“ spekuliert. Erst 50 Jahre nach Entdeckung der Flüssigkristalle (Abb. 1) war es gelungen, viele ihrer Eigenschaften zu beschreiben, eine vollständige theoretische Beschreibung oder konkrete Anwendungen waren jedoch noch weit entfernt.1)

Erste Anwendungen auf der Grundlage der elektro-optischen Eigenschaften von Flüssigkristallen realisierte George Heilmeier in den 1960er-Jahren [3]. Ein Durchbruch gelang 1970 mit der Entwicklung der TN-Zelle (Twisted Nematic, Abb. 2) durch Wolfgang Helfrich und Martin Schadt und fast zeitgleich durch James Ferguson. In der TN-Zelle sind die Flüssigkristalle schraubenförmig mit einer Verdrillung von 90° angeordnet. Ist dabei das Produkt aus Schichtdicke und Doppelbrechung der Flüssigkristalle auf einen festen Wert von etwa 500 nm eingestellt, so kann anschaulich gesprochen die Polarisationsrichtung des Lichts nach Eintritt in die Zelle der Flüssigkristallschraube folgen und einen zweiten, um 90° gedrehten Polarisator durchqueren. In dem Fall ist die Zelle transparent...

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Kai Phillip Schmidt und Simon Trebst
04 / 2015 Seite 39

Topologische Spinflüssigkeiten

Frustration kann physikalisch gesehen durchaus positiv wirken und komplexe, reichhaltige Phänomene hervorrufen. Dazu gehört beispielsweise die topologische Ordnung in Quantenmagneten, die nicht nur aus der Sicht der Festkörperphysik, sondern auch der Quanteninformation oder Mathematik besonders interessant ist. Inzwischen ist auch die experimentelle Realisierung solcher topologisch geordneter Systeme in Reichweite gerückt.

Frustration ist ein alltägliches Phänomen, und sie ist natürlich auch Physikern nicht fremd. Sie wissen aber Frustration durchaus zu schätzen, etwa wenn sich diese bei einem System einstellt, auf das gleichzeitig widerstrebende Kräfte wirken und es nicht allen gleichermaßen folgen kann. Denn das kann interessante Konsequenzen haben. Ein Beispiel aus dem Bereich der Festkörperphysik sind „frustrierte“ Quanten­magnete, in denen die elementaren magnetischen Momente − meist Spins genannt − miteinander über verschiedene Austauschwechselwirkungen koppeln, die jedoch nicht alle gleichzeitig minimiert werden können.

Die geometrische Frustration tritt immer dann auf, wenn die von einem Antiferromagneten favorisierte antiparallele Anordnung benachbarter Spins (Néel-Ordnung) nicht kommensurabel ist mit den elementaren Bausteinen eines Gitters. Besonders klar wird dies bei Spins auf einem isolierten Dreieck: Da es nie möglich ist, alle drei Spins antiferromagnetisch anzuordnen, bleibt ein Spin immer „frustriert“. Geo­metrisch frustrierte Gitter sind deswegen häufig aus Dreiecken aufgebaut, wobei sich benachbarte Dreiecke eine Ecke teilen (Abb. 1a). Wichtige Beispiele sind das dreidimensionale Pyrochlor-Gitter oder das zwei­dimensionale Kagomé-Gitter...

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Physik im Alltag

04 / 2015 Seite 46

Druck unter Kontrolle

Seit kurzem sind in der EU Reifendrucksensoren bei Neuwagen Pflicht. Die Fahrzeughersteller nutzen zwei unterschiedliche Systeme.

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Menschen

04 / 2015 Seite 48

Personalien

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Maike Pfalz
04 / 2015 Seite 51

„Der tolle Ausblick ist für mich die Belohnung”

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Christian Thomsen, Martin Stutzmann, Lothar Ley und Bernhard Keimer
04 / 2015 Seite 52

Nachruf auf Manuel Cardona

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Andreas Bill, Reinhard Kremer, Martin Letz und Götz Seibold
04 / 2015 Seite 53

Nachruf auf Ernst Sigmund

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Bücher/Software

Wilfried Goldacker
04 / 2015 Seite 54

A. V. Narlikar: Superconductors

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Sigrid Thaller
04 / 2015 Seite 54

I. Egry: Physik des Golfspiels

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DPG

04 / 2015 Seite 26

Ausschreibung von Preisen 2016

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04 / 2015 Seite 55

Brücke statt Lücke

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Franz Eysoldt, Daniel Quetschlich und Markus Schmitt
04 / 2015 Seite 55

Nichtgleichgewicht und Chaos

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Tagungen

Denys Makarov
04 / 2015 Seite 58

Flexible, Stretchable and Printable High Performance Electronics

581. WE-Heraeus-Seminar

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Martina Müller und Marjana Lezaic
04 / 2015 Seite 58

Oxide Spintronics: Novel Materials, Transport and Emerging Phenomena

580. WE-Heraeus-Seminar

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Katrin Domke, Akiyoshi Kuzume und Stijn Mertens
04 / 2015 Seite 58

Electrochemical Surface Science

583. WE-Heraeus-Seminar

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Weitere Rubriken

04 / 2015 Seite 59

Tagungskalender

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Neue Vakuumpumpe VACUU·PURE® 10

Öl- und abriebfreies Vakuum bis 10⁻³  mbar

VACUUBRAND präsentiert eine trockene und abriebfreie Schraubenpumpe für den Vakuumbereich bis 10⁻³ mbar. Die Pumpe besticht durch ihre wartungsfreie Technologie ohne Verschleißteile und weist ein Saugvermögen von 10 m³/h auf. VACUU·PURE 10 ist die ideale Lösung für Prozesse, bei denen partikel- und kohlenwasserstofffreies Vakuum im Bereich bis 10⁻³ mbar benötigt wird. Mit dieser Eigenschaft deckt die Schraubenpumpe viele Anwendungsgebiete ab – wie beispielsweise Analytik, Vorvakuum für Turbomolekularpumpen oder die Regeneration von Kryopumpen. Sie ermöglicht aber auch Prozesse wie die Vakuumtrocknung, Gefriertrocknung, Wärmebehandlung, Entgasung oder Beschichtung. Da keine Verschleißteile zu tauschen sind und lästige Ölwechsel entfallen, ist ein unterbrechungsfreier Betrieb mit sehr langen Standzeiten möglich.

VACCU PURE 10

Lernen Sie VACUU·PURE 10 kennen.

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