Januar 2014

Die große Rock-Pose mit Physikbezug: Der polnische Teilchenphysiker Piotr Traczyk spielt seine eigens konstruierte „CMS-Gitarre“. (vgl. S. 23, Bild: Julia Hoffmann)

Grußwort

Johanna Stachel
01 / 2014 Seite 3

Ziele konsequent verfolgen

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Aktuell

Oliver Dreissigacker
01 / 2014 Seite 6

ESA: Blicke ins heiße und gravitative Universum

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Stefan Jorda
01 / 2014 Seite 7

Warten auf die ESS

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KP/CERN/SCOAP3/TIB
01 / 2014 Seite 8

Startschuss für SCOAP3

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FZJ / OD
01 / 2014 Seite 10

Aus für TEXTOR

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ESO / AP
01 / 2014 Seite 11

ESO: Mehr Raum für den Weltraum

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Matthias Delbrück
01 / 2014 Seite 11

Russland: Effizienzsprung oder Gleichschaltung?

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Rainer Scharf
01 / 2014 Seite 13

USA

Hochschulforschung stagniert / Mehr ausländische Studenten denn je / Zwanzig Jahre HEU-Abbau

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Im Brennpunkt

Uli Katz
01 / 2014 Seite 16

Durchbruch im Eis

Der Detektor IceCube weist kosmische Neutrinos nach und stößt die Tür zur Neutrinoastronomie auf.

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Wolfgang Belzig
01 / 2014 Seite 18

Ein Quantum Puls

Im Experiment ist es gelungen, Wellenpakete zu erzeugen, die genau ein Elektron enthalten.

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Roland Wester
01 / 2014 Seite 20

Entscheidende Bindung

Die Drehung einer einzelnen chemischen Bindung verändert die Reaktivität zweier Isomere.

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Forum

Alexander Pawlak
01 / 2014 Seite 23

Sounds of Science

„Have you ever heard about the Higgs Boson blues? I‘m goin‘ down to Geneva baby, gonna teach it to you“, singt Nick Cave mit rauem Timbre zu den schleppenden Klängen seiner Band Bad Seeds. Dem australischen Musiker geht es jedoch nicht um harte Physik, vielmehr verknüpft er im Liedtext kurzerhand das „Gottesteilchen“ mit der Geschichte vom Teufelspakt des Bluesmusikers Robert Johnson. Aber haben die Forscherinnen und Forscher am CERN vielleicht Gründe für einen Higgs-Boson-Blues? Das vor einem halben Jahrhundert postulierte Teilchen ist schließlich entdeckt, der Nobelpreis an seine theoretischen Väter verliehen, und der Large Hadron Collider ist in einen fast zweijährigen Dorn­röschenschlaf versunken.

Ein ausgeschalteter Beschleuniger hat aber nichts mit Stillstand zu tun. Nicht umsonst lautet das Motto des CERN: „Accelerating Science“ und nicht „Finding the Higgs“. In der Betriebspause gilt es, den Upgrade der „Weltmaschine“ auf die Kollisionsenergie von 14 Teraelektronenvolt zu leisten. Bei dieser Energie hoffen die Forscher, mit dem LHC noch genauer auf das entdeckte Higgs-Boson oder noch tiefer in die „Quark-Gluon-Suppe“ des Protons blicken zu können. Doch dafür ist eine Herkulesaufgabe zu stemmen: Sie müssen mehr als zehntausend Hochstrom-Verbindungen zwischen den supraleitenden Beschleunigermagneten im 27 Kilometer langen Tunnel verstärken. Dabei ist höchste Sorgfalt gefordert, war es doch eine fehlerhafte Verbindung zwischen den Magneten, die den LHC im Herbst 2008 für mehr als ein Jahr lahmgelegt hatte. Die Auswertung der riesigen Datenmengen geht derweil weiter, und schon seit geraumer Zeit denkt die Teilchenphysik-Community über den nächsten und übernächsten Upgrade des LHC nach. Für eine um den Faktor fünf bis zehn höhere Kollisionsrate ab 2020 ist jedoch noch viel Entwicklungsarbeit nötig.

Der Schriftsteller Hans Magnus Enzensberger nannte das CERN einmal „Kathedrale der Wissenschaft“, nicht nur wegen der Ausmaße, sondern auch, weil so viele Beteiligte für Projekte arbeiten, die erst nach Jahren Früchte tragen. Diese Kathedrale ist meist vom profanen Krach der Generatoren, Kompressoren und Pumpen erfüllt, hat aber auch Musik zu bieten. ...

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Überblick

Thomas Schäfer und Achim Schwenk
01 / 2014 Seite 27

Stark gekoppelt und universell

Die Materie im Inneren von Neutronensternen oder das Quark-Gluon-Plasma, das sich bei Schwerionenkollisionen erzeugen lässt, sind Beispiele stark korrelierter Quantenflüssigkeiten. So verschieden diese Systeme auch sind, so scheinen sie doch gewisse universelle Eigenschaften gemeinsam zu haben, die sich im sog. unitären Fermi-Gas wiederfinden. Da sich dieses Modellsystem mit ultrakalten Quanten­gasen im Labor untersuchen lässt, haben sich in den letzten Jahren unerwartete Synergien zwischen Kernphysik und der Physik ultrakalter Gase eröffnet.

Quantenflüssigkeiten spielen eine wichtige Rolle in vielen Gebieten der Physik. Ein typisches Beispiel ist das Elektronengas in einem guten Leiter. Schwach korrelierte Quantenflüssigkeiten zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich mithilfe von effektiven Einteilchenzuständen, sog. Quasiteilchen, beschreiben lassen. Für das Elektronengas sind das die Gitterschwingungen (Phononen) sowie die (Quasi-)Elektronen. Letztere unterscheiden sich von den freien Elektronen durch eine effektive Masse, welche die Auswirkungen der Coulomb-Wechselwirkung zwischen ihnen beinhaltet und sich von der Masse des freien Elektrons unterscheidet. Die Thermodynamik lässt sich in guter Näherung durch diese nichtwechselwirkenden Elektronen sowie Phononen beschreiben, und die Transporteigenschaften ergeben sich aus der Streuung der Elektronen an Störstellen und Phononen.

Stark korrelierte Systeme dagegen sind durch das Fehlen scharf definierter Quasiteilchen charakterisiert. Beispiele sind flüssiges Helium in der Nähe des Lambda-Punktes und Hochtemperatur-Supraleiter. Obwohl sich verschiedene stark gekoppelte Systeme im Detail sehr unterscheiden, existieren Hinweise auf wichtige universelle Eigen­schaften. Wir werden zwei Beispiele diskutieren: die Zustandsgleichung dichter Materie, mit Anwendungen in der Physik von Neutronensternen, und die Viskosität stark gekoppelter Flüssigkeiten, die in Schwer­ionen­kollisionen und in der Expansion ultrakalter Gase experimentell zugänglich ist.

Eine interessante Frage ist, ob ein einfaches Modellsystem für stark korrelierte Quantenflüssigkeiten exis­tiert, das eine ähnliche Rolle spielt wie das Ising-Modell für den Magnetismus und damit verbundene Phasen­übergänge. Wir möchten hier argumentieren, dass das unitäre Fermi-Gas ein solches Modell ist. Es ist mathematisch extrem einfach, aber physikalisch komplex. Dank der Fortschritte in der Kontrolle ultrakalter Quantengase lässt sich das unitäre Gas experimentell im Labor erzeugen. ...

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Guido Burkard
01 / 2014 Seite 35

Spintronik in Graphen

Graphen ist ein Material der Superlative: Es ist nicht nur das dünnste und stärkste bekannte Material, sondern auch ein extrem guter elektrischer Leiter. In Graphen lässt sich aber auch der Spin der Elektronen über außergewöhnlich lange Strecken nahezu ungestört transportieren. Dieser weitere Rekord macht Graphen interessant für die Spintronik, die nichtflüchtige Arbeitsspeicher oder eine deutlich geringere Wärme­entwicklung auf Chips verspricht.

Wer Bleistifte zum Schreiben benutzt, hat möglicherweise schon einmal Graphen hergestellt. Bleistiftminen bestehen – abgesehen von etwas Ton, mit dem sich die Härte beeinflussen lässt – aus Graphit, einem Festkörper ausschließlich aus Kohlenstoff. Anders als Diamant ist aber Graphit sehr stark anisotrop, denn es besteht aus atomar dünnen Lagen, welche aufeinander geschichtet und nur relativ schwach aneinander gebunden sind. Beim Schreiben mit dem Bleistift werden diese Lagen abgeschält, wobei man wohl nur selten genau eine einzelne Lage des Materials aufs Papier bringt. Vor etwa zehn Jahren ist es jedoch Andre Geim und Konstantin Novoselov gelungen, durch wiederholtes Ankleben und Abziehen von Klebeband einzelne Lagen von Graphen zu isolieren. Die beiden Physik-Nobelpreisträger von 2010 haben diese Lagen allerdings nicht auf Papier, sondern auf Silizium­oxid abgelagert, welches die Oberfläche von herkömmlichen Mikrochips aus Silizium bildet. Siliziumoxid einer bestimmten Dicke eignet sich deshalb sehr gut, weil sich darauf einzelne Graphenlagen von Schichten aus zwei und mehr Lagen mit einem optischen Mikroskop unterscheiden lassen. Erst die Möglichkeit, einzelne Graphenflocken zu präparieren und mit elektrischen Kontakten zu versehen, hat es erlaubt, die erstaunlichen Eigenschaften dieses extrem dünnen Materials zu erforschen. Dieses Forschungsfeld ist inzwischen groß und wird es wohl auch bleiben, denn im Oktober 2013 hat die Europäische Union das über eine Laufzeit von zehn Jahren mit insgesamt einer Milliarde Euro dotierte „Graphene Flagship“ zur weiteren Erforschung der Grundlagen und Anwendungen von Graphen auf den Weg geschickt.

Graphen ist ein perfekt zweidimensionales Material, welches aus einer einzelnen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht. Diese sind in der Ebene in einem hexagonalen Gitter angeordnet – ähnlich einer Bienenwabe (Infokasten „Struktur und Bandstruktur“). Neben dem mechanischen Abtrennen einzelner Schichten von Graphit mit der beschriebenen „Klebeband-Methode“ lässt sich Graphen auch durch epitaktisches Wachstum auf Siliziumkarbid oder durch Gasphasenabscheidung präparieren.

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Physik im Alltag

Michael Vogel
01 / 2014 Seite 40

Der Fingerhut

Um den Allgemeinzustand von Patienten zu überwachen, liefert die Sauerstoffsättigung des Blutes einen wichtigen Kennwert. Dank Pulsoxymetern geht das ohne Nadelstich.

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Menschen

01 / 2014 Seite 42

Personalien

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Oliver Dreissigacker
01 / 2014 Seite 45

„Physiker können keine Kultur!“

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DPG

01 / 2014 Seite 22

Mentoring-Programm

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01 / 2014 Seite 46

Physik-Preise 2014

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01 / 2014 Seite 56

Einladung zur Mitgliederversammlung 2014

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01 / 2014 Seite 57

SEPA in der DPG

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01 / 2014 Seite 57

Mitgliedsbeiträge 2014

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01 / 2014 Seite 58

Kurzprotokoll zur Vorstandsratssitzung

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01 / 2014 Seite 58

Haushaltsplan der DPG für das Jahr 2014

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01 / 2014 Seite 59

Wahlen zum DPG-Vorstand

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01 / 2014 Seite 60

WEH-Förderprogramm

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01 / 2014 Seite 61

Laborbesichtigungsprogramm

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Bücher/Software

Thorsten Kellermann
01 / 2014 Seite 62

Luciano Rezzolla, Olindo Zanotti: Relativistic Hydrodynamics

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Horst Cerjak
01 / 2014 Seite 63

Dieter Vollath: Nanomaterials

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Tagungen

Antoni Szczurek und Rainer Schicker
01 / 2014 Seite 64

Diffractive and Electromagnetic Processes at High Energies

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Stefan Hofmann
01 / 2014 Seite 64

Inflation and CMB

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Vinzenz Hilbert
01 / 2014 Seite 64

Free-electron X-ray Laser Physics

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Holger Borchert und Elizabeth von Hauff
01 / 2014 Seite 65

Innovative Concepts in Photo­voltaics

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Anja Sommerfeld
01 / 2014 Seite 65

17. Deutsche Physikerinnentagung

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Rubriken

01 / 2014 Seite 66

Tagungskalender

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01 / 2014 Seite 67

Notizen

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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.

Erleben Sie unsere neue HiScroll – die ölfreien Vakuumpumpen von Pfeiffer Vacuum

Die HiScroll Serie besteht aus drei ölfreien und hermetisch dichten Scrollpumpen mit einem nominellen Saugvermögen von 6 – 20 m³/h. Die Pumpen zeichnen sich insbesondere durch ihre hohe Leistung beim Evakuieren gegen Atmosphäre aus. Ihre leistungsstarken IPM*-Synchronmotoren erzielen einen bis zu 15% höheren Wirkungsgrad in Vergleich zu konventionellen Antrieben.

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