Physik Journal 1 / 2016

Cover

Beim nichtlinearen Compton-Effekt deuten sich neuartige Energietransfer-Mechanismen an. (Bild: Joel Brehm, University of Nebraska-Lincoln 2015, Board of ­Regents, vgl. S. 18)

Grußwort

Strategischer AusbauEdward G. Krubasik1/2016Seite 3

Strategischer Ausbau

In den vier Bereichen Öffentlichkeitsarbeit, Schule und Lehrer, Industrie sowie Internationales hat sich die DPG im Jahr 2015 strategisch weiterentwickelt.

Inhaltsverzeichnis

Januar1/2016Seite 1

Januar

Beim nichtlinearen Compton-Effekt deuten sich neuartige Energietransfer-Mechanismen an. (Bild: Joel Brehm, University of Nebraska-Lincoln 2015, Board of ­Regents, vgl. S. 18)

Aktuell

LISA auf dem rechten PfadAlexander Pawlak1/2016Seite 6

LISA auf dem rechten Pfad

LISA Pathfinder ist erfolgreich gestartet und soll die Technologie für den Nachweis von Gravitationswellen im All testen.

Kerstin Sonnabend1/2016Seite 7

Wendelstein 7-X: Gefangen im Magnetfeld

Vera Palmer1/2016Seite 8

IYL: Scheinwerfer an!

Kerstin Sonnabend1/2016Seite 11

Leibniz-Institute in Potsdam und Leipzig evaluiert

Anja Hauck1/2016Seite 12

Frauen in der Wissenschaft

Susanne Koch1/2016Seite 12

Auf der Suche nach kosmischen Superbeschleunigern

Matthias Delbrück1/2016Seite 13

EU: Politikberater aus der Wissenschaft

1/2016Seite 13

DFG: Neue Sonderforschungsbereiche

Rainer Scharf1/2016Seite 14

USA

Manhattan-Projekt als Park Mars-Pläne der NASA Mehr Doktorhüte denn je

Matthias Delbrück1/2016Seite 14

Vereinigte Wissenschaften

High-Tech

Michael Vogel1/2016Seite 16

Konkurrenz für die LEDBessere Dia­gnoseAus die LausKabelbrände früher erkennen

Im Brennpunkt

Der doppelte Compton sieht rotFelix Mackenroth1/2016Seite 18

Der doppelte Compton sieht rot

Beim nichtlinearen Compton-Effekt deuten sich neuartige Energietransfer-Mechanismen an.

Kuppeln mit KolloidenClemens Bechinger1/2016Seite 19

Kuppeln mit Kolloiden

Auf mikroskopischer Skala ist es gelungen, eine Kupplung aus Kolloidteilchen aufzubauen.

Super im KollektivJohn M. Lupton1/2016Seite 21

Super im Kollektiv

Wenn sich kollektive Anregungen in Quantenfilmen überlagern, entsteht eine neue infrarote Lichtquelle.

Quantenfluktuationen vermessenMackillo Kira1/2016Seite 23

Quantenfluktuationen vermessen

Der direkte Nachweis von Quantenfluktuationen eröffnet neue Wege für Quantenoptik und Spektroskopie im Terahertzbereich.

Forum

Mit Physik zum perfekten WurfArnulf Quadt und Maike Pfalz1/2016Seite 26

Mit Physik zum perfekten Wurf

Interview mit Holger Geschwindner

Der 70-jährige Holger Geschwindner hat nicht nur in der deutschen Basketball-Nationalmannschaft gespielt, sondern auch Mathematik und Physik studiert. Seine Physikkenntnisse hat er eingesetzt, um den perfekten Wurf zu berechnen. Davon profitiert seit 1995 NBA-Spieler Dirk Nowitzki, dessen Trainer und Mentor Geschwindner ist.

Wie haben Sie Dirk Nowitzki eigentlich entdeckt?

Ich habe damals in der Altherrenmannschaft ge­spielt. Vor uns hat die Jugend trainiert, und da war ein langer dünner Junge dabei, der witzigerweise schon alles gemacht hat, was ein guter Basketballspieler können muss. Aber ihm fehlte noch die richtige Technik. Nach dem Spiel habe ich ihm angeboten, ihm dieses Handwerkszeug beizubringen. So hat alles angefangen.

Gelernt haben Sie aber etwas anderes...

Genau. Ich habe Mathematik und Physik studiert.

Wie kamen Sie auf diese Fächer?

Mir sind Mathe und Physik in der Schule sehr leicht gefallen. An der Tafel konnte ich immer schnell eine Lösung aus der Hosentasche zaubern. Ich war ein fauler Schüler und mehr auf den Sport konzentriert, da kamen mir Fächer gelegen, in denen es ums Verstehen ging, nicht ums Auswendiglernen. Rückblickend war das dumm, ich hätte viel weiter kommen können, wenn ich mich nur richtig reingekniet hätte.

Parallel zum Studium haben Sie intensiv Basketball gespielt...

In Deutschland war Basketball zu der Zeit reiner Studentensport, den wir aus Spaß betrieben haben. Andere Spieler sind Lehrer geworden, Mediziner oder Zahnärzte. In unserer Generation war von vornherein klar, dass man seinen Lebens­unterhalt nicht mit dem Balldribbeln verdienen kann. ...

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Überblick

Alles im FlussManfred Helm, Peter Michel, Michael Gensch und Andreas Wagner1/2016Seite 29

Alles im Fluss

Der supraleitende Elektronenbeschleuniger ELBE erzeugt als Sekundärstrahlung auch Infrarot- und THz-Photonen, Positronen, Neutronen und MeV-Röntgenquanten.

Knapp zehn Kilometer vom Flusslauf der Elbe entfernt liegt das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Dort befindet sich ELBE – der Elektronen-Linear­beschleuniger für Strahlen mit hoher Brillanz und niedriger Emittanz. Diese Quelle für Sekundärstrahlung, sowohl für elektromagnetische als auch Teilchenstrahlen, ist in den letzten drei Jahren signi­fikant ausgebaut worden und bietet nun neue, verbesserte Experimentiermöglichkeiten.

Um Struktur und Eigenschaften von Materie im weitesten Sinne zu untersuchen, sind geeignete Sonden nötig: Das können elektromagnetische Wellen bzw. Photonen sein, vom niederfrequenten, langwelligen Terahertz-Bereich bis zu kurzwelligen Röntgenquanten, aber auch Teilchen wie Neutronen oder Positronen. Je nach Größe der relevanten Strukturen und Natur der gesuchten Eigen­schaften eignet sich die eine Sonde besser als die andere. Mit den beschleunigten Elektronenpaketen bei ELBE lässt sich eine breite Palette an Sekundärstrahlen erzeugen, um damit z. B. kondensierte Materie zu untersuchen [1] (Abb. 1). Besondere Merkmale von ELBE sind die supraleitenden Beschleuniger­strukturen, die sehr hohe Ströme und damit sehr hohe Teilchenflüsse ermöglichen – unabhängig davon, ob es sich um Photonen, Positronen oder Neutronen handelt. All dies macht den Beschleuniger ELBE weltweit einzigartig und vereint zugleich unterschiedliche Wissenschaftsgebiete mit erheblichen Synergieeffekten.

Mit supraleitenden Hochfrequenzresonatoren lassen sich hohe elektrische Felder von rund 30 MV/m im kontinuierlichen Betrieb erzeugen. Solche Resonatoren, ursprünglich an DESY für das Elektronen-Posi­tronen-Colliderprojekt TESLA entwickelt, kommen an ELBE zum Einsatz. Die Resonanzfrequenz von 1,3 GHz sorgt für eine extrem hohe Güte von über 1010. Ein solcher Resonator arbeitet nahezu verlustfrei und ist in der Lage, ohne nennenswerten Wärmeeintrag in das Resonatormaterial dauerhaft ein hohes Feld zu erzeugen und Elektronenpakete kontinuierlich zu beschleunigen. Diese Betriebsweise heißt „quasi-continuous wave-mode“ (cw). ...

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Mit Schwung durch die HutkrempeDirk Manske und Martin Dressel1/2016Seite 37

Mit Schwung durch die Hutkrempe

Die Higgs-Mode im „Mexican Hat“-Potential der freien Energie erklärt auch kollektive Anregungen der Supraleitung.

Supraleitung weist viele Analogien zur Hochenergie­physik auf. Auch die Idee, für die Peter Higgs und François Englert 2013 den Physik-Nobelpreis erhielten, hat ihren Ursprung in der Festkörperphysik. In einem „Mexican Hat“-Potential gibt es eine elementare Anregung entlang des Radius der Hutkrempe: die massebehaftete Higgs-Mode. Neue Experimente an Supraleitern erlauben es, die Higgs-Mode direkt zu beobachten, sowohl im Gleichgewicht als auch im Nicht-Gleichgewicht, nachdem der Supraleiter mit einem kurzen Laserpuls angeregt wurde.

Im Jahr 1911 beobachtete Heike Kamerlingh Onnes, dass der Widerstand von Quecksilber unterhalb der Sprungtemperatur von Tc = 4,2 K verschwindet, und entdeckte damit das Phänomen der Supraleitung. Um Supraleitung zu verstehen, ist allerdings der damit verknüpfte, perfekte Diamagnetismus wichtiger. Zwanzig Jahre später gelang es Walther Meißner und Robert Ochsenfeld, dieses Phänomen nachzuweisen, das zum Meißner-Ochsenfeld-Effekt führt: Magnetfelder dringen nur exponentiell gedämpft in den Supraleiter ein, falls seine Temperatur unterhalb von Tc liegt. Die klassische London-Theorie beschreibt beide Phänomene. Manche Experimente sind aber nur mittels quantenmechanischer Modelle zu erklären.
Die Theorie von Bardeen, Cooper und Schrieffer erklärte 1957 alle Beobachtungen, die bis dahin an Supraleitern vorlagen. Der Meißner-Ochsenfeld-Effekt beruht demnach auf einem neuen Quantenzustand, bei dem alle Elektronen die gleiche Energie und den gleichen Wellenvektor besitzen. Aufgrund des Pauli-Prinzips ist dies nur für Bosonen möglich, sodass sich jeweils zwei Elektronen zu Cooper-Paaren zusammenschließen müssen. Die BCS-Theorie sagt voraus, dass sich in der Zustandsdichte unterhalb Tc eine Ener-gielücke bildet, die gerade dem Doppelten des Ordnungsparameters der Supraleitung entspricht (Abb. 1): Anregungen im Intervall [–, ] sind „verboten“. Um Elektronen im Supraleiter anzuregen, muss man diese Energielücke überwinden, die für einen BCS-Supraleiter 2 = 3,53 kBTc beträgt. Bei einem Supraleiter mit Tc = 12 K ist dies mit elektromagnetischer Strahlung der Frequenz 1 THz bzw. der Wellenzahl 30 cm–1 möglich. Daher eignet sich die Terahertz-Spektroskopie dazu, die Dynamik der Elektronen im Supraleiter zu untersuchen. ...

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Physik im Alltag

Blick in den KörperMichael Vogel1/2016Seite 42

Blick in den Körper

Die Positronen-Emissions-Tomographie nutzt die Strahlung der Paarvernichtung, um Vorgänge im Körper zu visualisieren.

Menschen

1/2016Seite 44

Personalien

Helmut Rauch1/2016Seite 48

Nachruf auf Lothar Köster

Jörg Frauendiener, Domenico Giulini und Markus King1/2016Seite 49

Nachruf auf Herbert Pfister

Kerstin Sonnabend1/2016Seite 50

„Man sollte sich nicht so wichtig nehmen…“

Interview mit Michael Wiescher

Joachim Treusch1/2016Seite 81

Dank an Ernst Dreisigacker

DPG

1/2016Seite 25

Praktikumsbörse

1/2016Seite 28

Laborbesichtigungsprogramm: Ein Tag vor Ort

1/2016Seite 35

WE-Heraeus-Kommunikationsprogramm

1/2016Seite 52

Physik-Preise 2016

anna Rückert, Moritz Haarig und Tobias Messer1/2016Seite 61

Arktische Forschung und Polarlichter

1/2016Seite 61

Neuer Chefredakteur beim New Journal of Physics

Julia Baldauf, Toni Bauer, Samuel Ritzkowski und Hannes Vogel1/2016Seite 62

Sommerliche Exkursion

Arnulf Quadt und Sara Schulz1/2016Seite 63

„Ihr nennt es Spielen, wir nennen es Experimentieren“

Physik für Flüchtlinge – über 600 freiwillige DPG-Mitglieder helfen mit!

1/2016Seite 65

DPG-Technologietransferpreis

1/2016Seite 66

Einladung DPG-Mitgliederversammlung

1/2016Seite 67

Mitgliedsbeiträge 2016

1/2016Seite 68

Kurzprotokoll zur Vorstandsratssitzung

1/2016Seite 69

Vorläufige Tagesordnung der Sitzung des Vorstandsrats

1/2016Seite 78

Bewerberliste

1/2016Seite 80

Mitgliedschaft in der DPG

Bücher/Software

Thomas Gasenzer1/2016Seite 64

Steven Weinberg: Quantenmechanik

Matthias Hahn1/2016Seite 64

Ugo Amaldi: Particle Accelerators sowie A. Sessler und E. Wilson: Engines of Discovery

Rubriken

1/2016Seite 69

Notizen

1/2016Seite 71

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