Juli 2022

In Hamburg wird der Prototyp für das MADMAX-Haloskop zur ­Suche nach leichten Teilchen der Dunklen Materie aufgebaut. (Bild: ­Jens Rüssmann, vgl. S. 40)

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Zur Ausgabe

Meinung

Oleksiy Kolezhuk
07 / 2022 Seite 3

Science and War

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Aktuell

Alexander Pawlak
07 / 2022 Seite 6
DPG-Mitglieder

Zwei Jahre später und doch zur rechten Zeit

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Maike Pfalz
07 / 2022 Seite 7
DPG-Mitglieder

Schwerelos auf Schienen

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Maike Pfalz / DLR
07 / 2022 Seite 8
DPG-Mitglieder

Angewandte Quanten

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Alexander Pawlak / FZ Jülich
07 / 2022 Seite 9
DPG-Mitglieder

Hybride Hochleistung

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Anja Hauck / AWI
07 / 2022 Seite 10
DPG-Mitglieder

Schiff in Sicht

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07 / 2022 Seite 10
DPG-Mitglieder

Positionen zum Publizieren

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Kerstin Sonnabend
07 / 2022 Seite 11
DPG-Mitglieder

Wachsende Kluft

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Kerstin Sonnabend
07 / 2022 Seite 11
DPG-Mitglieder

Länger befristet

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Kerstin Sonnabend
07 / 2022 Seite 12
DPG-Mitglieder

Richtungsweisend für die nächste Dekade

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07 / 2022 Seite 12
DPG-Mitglieder

DFG: Neue SFBs

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Kerstin Sonnabend
07 / 2022 Seite 13
DPG-Mitglieder

Mehr Unterstützung, ­weniger Bürokratie

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Matthias Delbrück
07 / 2022 Seite 13
DPG-Mitglieder

Alpine Hängepartie

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Matthias Delbrück
07 / 2022 Seite 14
DPG-Mitglieder

Einstieg ins Exoplanetengeschäft

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Matthias Delbrück
07 / 2022 Seite 15
DPG-Mitglieder

Britische Universitäten benotet

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Matthias Delbrück
07 / 2022 Seite 15
DPG-Mitglieder

USA: Zukunftstechnologien fördern

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High-Tech

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Brennpunkt

Astrid Eichhorn
07 / 2022 Seite 18
DPG-Mitglieder

Den Schatten beleuchtet

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Beate Ceranski
07 / 2022 Seite 20
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Schrödingers Verfehlungen?

Die aktuelle Debatte um Erwin Schrödinger ist allein mit Umbenennungen nicht gelöst.

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Überblick

Bruno Leibundgut
07 / 2022 Seite 23
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Kontroverse um eine Konstante

Wir leben in einem dynamischen, expandierenden Universum. Die Beobachtung, dass die Radialgeschwindigkeit kosmischer Objekte mit ihrer Entfernung zunimmt, stellt eine der Säulen des kosmologischen Modells eines heißen Urknalls dar. Die anderen sind die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung und die Häufigkeiten leichter Elemente: Damit Deuterium, Helium und Lithium aus Wasserstoff fusionieren, muss es eine sehr heiße Phase gegeben haben, die heute als Mikrowellen-Hintergrund beobachtet wird. Wenige Parameter reichen aus, um die Eigenschaften des expandierenden Universums zu beschreiben. Seine energetischen Inhalte bestimmen die Ausdehnung, und die momentane Ausdehnungsrate, die Hubble-Konstante, ist einer der wichtigsten Parameter. Im nahen Universum folgt sie dem Hubble-Lemaître-Gesetz; mit einem kosmologischen Modell ergibt sie sich aus der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung.

Mit der Annahme von räumlicher Homogenität und Isotropie (Robertson-Walker-Metrik) lassen sich die Einsteinschen Feldgleichungen auf die Friedmann-Gleichung reduzieren, um das beobachtbare Universum zu beschreiben. Die Friedmann-Gleichung gibt die kosmische Ausdehnung als Funktion von Hubble-Konstante, Raumkrümmung und den mittleren Energiedichten an. Letztere bestimmen die Dynamik der Expansion, zum Beispiel erzeugt eine höhere Materiedichte eine stärkere Abbremsung. Die Hubble-Konstante skaliert die kosmologischen Modelle und somit das absolute Alter des Universums.

Während der letzten zwei Jahrzehnte hat sich ein Modell des Universums mit einigen erstaunlichen Eigenschaften etabliert. Zusätzlich zur Strahlung, deren Energiedichte aufgrund der niedrigen Temperatur des Mikrowellenhintergrundes heute vernachlässigbar klein ist, und der „normalen“ (baryonischen) Materie, die etwa fünf Prozent der Gesamtenergie ausmacht, braucht es zwei „dunkle“ Komponenten, um die Beobachtungen zu erklären. Ein Großteil der Materie interagiert nur durch die Gravitation mit dem Rest der Welt: Diese Dunkle Materie macht etwa ein Viertel der Energie im Universum aus. Da die kosmische Expansion heute beschleunigt ist, sollte es eine zusätzliche, abstoßend wirkende Energiekomponente geben. Eine mögliche Erklärung dieser Dunklen Energie steckt in Einsteins kosmologischer Konstante. Die Dunkle Energie dominiert heute den Energieinhalt des Universums mit einem Anteil von 70 Prozent. Dieses kosmologische Modell heißt ΛCDM, wobei Λ für die kosmologische Konstante steht und CDM für kalte Dunkle Materie (Cold Dark Matter). Mittlerweile gibt es aber Beobachtungen, die innerhalb des ΛCDM-Modells inkonsistent erscheinen. Am deutlichsten tritt dies bei der Hubble-Konstante zutage, für die sich unterschiedliche Werte durch Beobachtungen des frühen Universums und aus der lokalen Umgebung ergeben. Die Diskussion dieses als Hubble-Spannung (Hubble tension) bezeichneten Problems soll im Folgenden erläutert werden. (...)

 

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Tristan Kraft, H. Chau Nguyen und Otfried Gühne
07 / 2022 Seite 29
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Ferngesteuerte Quantensysteme

In der Quantenmechanik lassen sich Teilchen an verschiedenen Orten durch eine gemeinsame Wellenfunktion beschreiben. In den 1930er-Jahren bemerkte Erwin Schrödinger, dass dies die Möglichkeit bietet, ein Quantensystem durch Messungen an einem weit entfernten weiteren System zu steuern. Seine Ideen waren jedoch lange vergessen und wurden erst in den letzten 15 Jahren wieder aufgegriffen. Mittlerweile ist es aber gelungen, die theoretisch vorhergesagten Effekte in Experimenten zu beobachten. Das Phänomen dieser Quantenkorrelation hängt eng mit anderen Konzepten wie der gemeinsamen Durchführbarkeit von Messungen zusammen und ist wichtig für Anwendungen wie die Quantenkryptographie.

Wenn zwei Tatverdächtige, Alice und Bob, bei einem Polizeiverhör dieselbe Geschichte erzählen, kann es dafür verschiedene Gründe geben. Alice kann von der Version Bobs erfahren haben und ihre Darstellung des Tatgeschehens danach ausgerichtet haben. Es kann aber auch eine gemeinsame Ursache für die Übereinstimmung geben. Im besten Fall erzählen Alice und Bob nichts als die Wahrheit. Die gemeinsame Ursache kann aber auch darin bestehen, dass sie sich im Vorhinein über eine Darstellung abgesprochen haben. Wenn die Verhöre gleichzeitig an verschiedenen Orten stattfinden, liegt eine gemeinsame Ursache nahe.

Was folgt, wenn die Antworten in dem Verhör auf eine gemeinsame Ursache zurückgehen? Dazu betrachten wir ein einfaches Modell: Alice und Bob bekommen Fragen gestellt (Waren Sie zur Tatzeit zuhause?) und geben eine von mehreren Antworten (ja oder nein). Etwas abstrakter lassen sich die Fragen an Alice durch einen Index x und die Antworten durch einen Index a beschreiben – bei Bob entsprechend durch y und b. Dann kann man sich die Wahrscheinlichkeiten anschauen, dass Alice a antwortet und Bob b, wenn Alice die Frage x und Bob die Frage y gestellt. (...)

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Lehre

Robert Kellner und Silke Stanzel
07 / 2022 Seite 35
Mitglieder

Vorher lesen statt vorgelesen

Just-in-Time-Teaching ist eine Lehrmethode, bei der ein Teil des Wissenserwerbs in Vorbereitung einer Lehrveranstaltung vorausgeht. Online-Tests offenbaren hierbei den aktuellen Lernstand und regen die kritische Ausein­andersetzung mit Fachthemen und dem eigenen Studierverhalten an. Die Ergebnisse dieser Tests erlauben es, den Unterricht auf die Bedürfnisse der Studierenden dynamisch anzupassen und zeitliche Freiräume für weitere aktivierende Lehrmethoden zu eröffnen.

Just-in-Time-Teaching (JiTT) ist eine besondere Form des Blended Learnings, also der Verknüpfung von Präsenzlehre und E-Learning. Die Methode verbindet Phasen des Eigenstudiums effektiv mit Präsenzzeiten. Die Studierenden bekommen regelmäßig vor der Lehrveranstaltung einen Arbeitsauftrag mit Lernmaterialien, die sie bearbeiten sollen. Abschließend absolvieren sie einen Online-Test, bei dem verschiedene Frageformen (Multiple-Choice, Rechenaufgaben, offene Fragen) den aktuellen Lernstand der Studierenden zeigen, damit die Lehrenden die darauffolgende Präsenzphase „just in time“, also bedarfsgerecht, vorbereiten können. Themenschwerpunkte lassen sich passend setzen und Schwierigkeiten klären (Abb. 1) [1]. Die Vorbereitungsphase zielt darauf ab, Begriffsdefinitionen und einfache Zusammenhänge kennenzulernen, auf denen die Lehrveranstaltung aufbauen kann. Es geht nicht darum, den Themenbereich bereits komplett zu verstehen. (...)

 

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Forum

Maike Pfalz
07 / 2022 Seite 40
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Die großen Fragen der Physik

Die Entdeckung des Higgs-Bosons am Large Hadron Collider und der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen durch die beiden LIGO-Observatorien zählen zu den spektakulärsten Erfolgen der physikalischen Grundlagenforschung in den letzten Jahren und wurden mit den Physik-Nobelpreisen 2013 und 2017 gewürdigt. Beide Entdeckungen stützen grundlegende Konzepte der Physik: die Erzeugung der Masse von Elementarteilchen durch den Higgs-Mechanismus bzw. die Dynamik der Raumzeit. Allerdings zeigen astronomische und kosmologische Betrachtungen, dass unsere derzeitige Beschreibung der Natur unvollständig ist. Noch bleibt unklar, woraus Dunkle Materie besteht oder was der Ursprung der beschleunigten Expansion des Universums ist. Darüber hinaus gibt es für die Entwicklung des sehr frühen Universums bislang keine konsistente Beschreibung im Rahmen der etablierten Quanten- und Gravitationstheorien. Ein Verständnis von Masse und Gravitation an der Schnittstelle von Quantenphysik und Kosmologie zu gewinnen, ist das zentrale Forschungsziel des Exzellenzclusters Quantum Universe der Universität Hamburg und des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY.

Um diese grundlegenden Fragen zu beantworten, arbeiten im Cluster mehr als 300 Personen aus der Mathematik, Teilchen-, Astro- und Mathematischen Physik zusammen. Die Forschungsarbeiten reichen von der Entwicklung mathematisch-theoretischer Modelle über das Studium der Physik des Higgs-Teilchens bis zu theoretischen und experimentellen Arbeiten zur Suche nach Dunkler Materie sowie zu Gravitationswellen als Fenster in das frühe Universum. Im Fokus steht die Beziehung zwischen der Quantenphysik, welche die kleinsten Objekte in der Natur beschreibt, und der Struktur und Entwicklung des Universums.

Hamburg hat eine lange Tradition in der Teilchenphysik. „Seit 60 Jahren gehören wir zur Weltklasse“, unterstreicht Clustersprecher Jan Louis, der sich als Physikprofessor der Universität Hamburg unter anderem mit der Stringtheo­rie beschäftigt. An der Schnittstelle zwischen Teilchen- und Astrophysik sowie Kosmologie haben Hamburger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen des SFB „Particles, Strings and the Early Universe“ zwölf Jahre lang geforscht und damit das Fundament geschaffen für den Exzellenz­cluster, der diese Felder zusammenführen, weiterentwickeln und mit weiteren Themengebieten verknüpfen möchte. „Um die Gravitation mit der Quantenfeldtheorie zu verbinden, müssen wir die Expertise aus all diesen Bereichen zusammennehmen und das Problem von den vielversprechendsten Seiten angehen“, ist der Teilchenphysiker Peter Schleper überzeugt, der zusammen mit Géraldine Servant das Co-Sprecherteam bildet. (...)

 

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Physik im Alltag

Denise Müller-Dum und Jens Kube
07 / 2022 Seite 44
DPG-Mitglieder

Optimal unterstützt

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Menschen

07 / 2022 Seite 46
DPG-Mitglieder

Personalien

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Shaukat Khan
07 / 2022 Seite 52
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Thomas Weis

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Kerstin Sonnabend
07 / 2022 Seite 53
DPG-Mitglieder

„Forschung profitiert von vielfältigen Ansätzen.“

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Rezensionen

Kerstin Sonnabend
07 / 2022 Seite 54
DPG-Mitglieder

Aeneas Rooch: Die Entdeckung der Unendlichkeit

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Karl-Heinz Kampert
07 / 2022 Seite 54
DPG-Mitglieder

Christian Spiering: ­Neutrinoastronomie – Blick in verborgene Welten

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Alexander Pawlak
07 / 2022 Seite 55
DPG-Mitglieder

Stephen Webb: Wo sind sie alle?

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Kerstin Sonnabend
07 / 2022 Seite 56
DPG-Mitglieder

Thomas Bührke: Was ist Dunkle Materie?

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Anja Hauck
07 / 2022 Seite 56
DPG-Mitglieder

James Cheshire, Oliver Uberti: Atlas des Unsichtbaren

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Alexander Pawlak
07 / 2022 Seite 57
DPG-Mitglieder

Rian Hughes: XX

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DPG

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Johannes Wünsche, Tobias Messer und Monique Honsa
07 / 2022 Seite 58
DPG-Mitglieder

Ein britisches Team hat die Nase vorn

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07 / 2022 Seite 60
DPG-Mitglieder

Niederschrift der Ordentlichen Mitgliederversammlung 2022

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07 / 2022 Seite 70
DPG-Mitglieder

Jobbörse für Physiker:innen auf der DPG-Tagung in Regensburg

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Tagungen

Siegfried Dietrich, Andrea Gambassi, Matthias Krüger, Anna Maciołek
07 / 2022 Seite 63
DPG-Mitglieder

Fluctuation-induced Forces

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Kai Litzius, Claire Donnelly
07 / 2022 Seite 63
DPG-Mitglieder

Non-Linear Magnetism

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Matthias Günther, Dennis Philipp, Volker Perlick, Claus Lämmerzahl
07 / 2022 Seite 63
DPG-Mitglieder

Metamaterials – Designing Wave Propagation with a Focus on Electrodynamics

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Tobias Heindel, Simone Luca Portalupi, Eleni Diamanti
07 / 2022 Seite 64
DPG-Mitglieder

Photonic Quantum Technologies – A Revolution in Communication, Sensing, and Metrology

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Edgar Weckert, Wim Leemans, Robert Feidenhans’l
07 / 2022 Seite 64
DPG-Mitglieder

Diffraction Limited Synchrotron Light Sources and Next Generation Free Electron Lasers

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Christian Klinke, Philipp Haizmann und Marcus Scheele
07 / 2022 Seite 64
DPG-Mitglieder

Optoelectronic Processes at Nanostructured Interface

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Frank Ohme, Michèle Heurs
07 / 2022 Seite 65
DPG-Mitglieder

Gravitational Wave and Multi-­Messenger ­Astrophysics

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Klaus Blaum, Dmitry Budker, ­Jo­achim Ulrich, Andrey ­Surzhykov
07 / 2022 Seite 65
DPG-Mitglieder

High‐Precision Measurements and Searches for New Physics

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07 / 2022 Seite 66
DPG-Mitglieder

Tagungskalender

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Notizen

07 / 2022 Seite 67
DPG-Mitglieder

Notizen

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