Juni 2014

Eine der mittlerweile über 3600 Argo-Sonden wird im Meer ausgesetzt, um dort autonom Messungen durchzu­führen. (Bild: CSIRO, vgl. S. 35 )

Meinung

Marc Sacher
06 / 2014 Seite 3

Dem „Gefühl für Physik“ auf der Spur

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Aktuell

Alexander Pawlak
06 / 2014 Seite 6

Supraleitung ins Stadtzentrum

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Maike Pfalz
06 / 2014 Seite 7

Kernphysik gegen Krankheiten

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Alexander Pawlak
06 / 2014 Seite 8

Eine neue Hoffnung

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Matthias Delbrück
06 / 2014 Seite 10

Global Player der Physik

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06 / 2014 Seite 11

Neue Graduiertenkollegs

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Rainer Scharf
06 / 2014 Seite 11

USA

Rüstungsforschung schrumpft  /  Prekäre Lehre  /  Innovative Beschleuniger  /  Hochschulphysik im Überblick

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06 / 2014 Seite 11

Neue SFBs

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Leserbriefe

Bernhard Gleich
06 / 2014 Seite 13

Falsche Kostenrechnung

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Wilhelm Mecklenbrauck
06 / 2014 Seite 13

Komplementäres Kraftwerk

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Ulrich Mosel
06 / 2014 Seite 14

Sicherung des Waffenarsenals

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Sascha Trippe
06 / 2014 Seite 14

Dunkle Materie? Gibt es nicht!

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Im Brennpunkt

Norbert Hoffmann
06 / 2014 Seite 18

Monsterwellen aus der Unordnung

Erstmals ist es gelungen, Monsterwellen mithilfe nichtlinearer Fokussierung und durch Ausnutzung von Zeitinversion zu erzeugen.

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Florian Marquardt
06 / 2014 Seite 20

Licht und Schall im künstlichen Kristall

Zweidimensionale „optomechanische Kristalle“ versprechen neue Möglichkeiten für die Kopplung elektromag­netischer und mechanischer Schwingungen.

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Axel Griesmaier
06 / 2014 Seite 22

Kaltes Chaos?

In einem ultrakalten Erbiumgas treten Streuresonanzen auf, die auf eine chaotische Kollisionsdynamik hindeuten.

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Forum

Oliver Dreissigacker
06 / 2014 Seite 24

Brücke zum Weltraum

Als wäre die ganze Angelegenheit nicht schon aufregend genug, darf ich den Start des Airbus A300 „Zero G“ im Cockpit miterleben. Auf dem Klappsitz links Platz zu nehmen, ist Millimeterarbeit, denn im Cockpit des betagten Airbus sitzen bereits vier Crew-Mitglieder: Pilot, Kopilot und zwei Bordingenieure. Pünktlich um 9:30 Uhr biegen wir auf die Startbahn ein, kurz darauf gibt Pilot Bordenave Gas. Bereits nach einem Drittel der Startbahn zieht er die Nase des A300 nach oben. Das vergleichsweise geringe Gewicht zahlt sich aus; neben der Besatzung sind nur vierzig Passagiere an Bord. Ich schaue aus dem Seitenfenster, wir gewinnen rasch an Höhe. Es geht Richtung Korsika. Bis zur ersten Parabel dauert es noch eine halbe Stunde, und während ich die Ruhe des Flugs genieße, versuche ich, mir die Vorbereitung und die Anweisungen des Novespace- und DLR-Personals noch einmal in Erinnerung zu rufen.

Zwei Tage zuvor war ich in Bordeaux eingetroffen, eine Woche nach den Experimentatoren und ihrem Equipment. Nach dem Einchecken am „Novespace-Schalter“ erhielten wir Medienvertreter zunächst ein ausführliches Briefing. Ulrike Friedrich, Projektmanagerin für die DLR-Parabelflugkampagnen, erläuterte uns die Vor- und Nachteile der verschiedenen Forschungsmöglichkeiten in der Schwerelosigkeit, mit den verschiedenen Zeit­skalen und Güten bei der Konstanz der Mikrogravitation. Novespace garantiert bei seinen Flügen eine Spanne von plusminus 0,05 g...

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DPG

Stefan Jorda
06 / 2014 Seite 28

Wechsel und Kontinuität

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Edward Krubasik
06 / 2014 Seite 29

„Die Brücke zur Industrie ausbauen“

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06 / 2014 Seite 56

Mit Physik in die Selbst­ständigkeit

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06 / 2014 Seite 56

Internationales Jahr des Lichts

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Überblick

Martin Visbeck
06 / 2014 Seite 35

Treibgut für die Meeresforschung

Alle bisherigen Daten zeigen, dass sich die oberen 1500 Meter des Ozeans, global gemittelt, relativ gleichmäßig erwärmt haben. Im Vergleich dazu sind die global gemittelten Lufttemperaturen in den letzten zehn Jahren nur leicht gestiegen. Lässt sich die „Erwärmungspause“ der Luft als Hinweis für eine Pause in der globalen Erwärmung interpretieren? Mehr als 90 Prozent der durch den Klimawandel bedingten Erhöhung der Wärmeenergie der Erde findet im Ozean statt. Um also zu beurteilen, ob der Klimawandel fortschreitet, muss man die Temperaturveränderung des Ozeans global erfassen. Dies ist ein zentrales Ziel des Roboternetzwerks Argo.

Der Ozean beherbergt das größte zusammenhängende Ökosystem der Erde und ist die Geburtsstätte des Lebens. Gleichzeitig ist er ein wichtiger Rohstofflieferant – reich an nachwachsender Nahrung, die jedoch infolge menschlicher Aktivitäten wie zunehmender Überfischung oder Meeresverschmutzung gefährdet ist. Er bedeckt rund 70 Prozent der Erdober­fläche und spielt für das Klima auf der Erde eine große Rolle. Doch die Bedeutung des Ozeans für den Menschen wird erst in jüngster Zeit in zunehmendem Maße wahrgenommen [1]. Um ein genaues Bild der heutigen und zukünftigen Veränderungen zu zeichnen, brauchen wir viel mehr und genauere Informationen und Daten aus allen Bereichen des Ozeans.

Der menschliche Einfluss verändert die Strahlungsbilanz der Atmosphäre durch den Eintrag von Kohlendioxid (CO2), Methan und ähnlichen Gasen in die Atmosphäre. Die dadurch zunehmende infrarote Rückstrahlung erwärmt die oberen Wasserschichten. Turbulente Vermischung und die Meeresströmungen verteilen das warme Wasser ungleichmäßig über den Ozean. Die Erwärmung des Meereswassers verändert den Lebensraum Ozean und beeinflusst seine Lebewesen – das Phytoplankton-Vorkommen ändert sich, Fischschwärme wandern in kühlere Regionen aus, und Korallenriffe leiden unter Hitzestress. Warmes Wasser kann zudem weniger Gase aus der Atmosphäre aufnehmen, insbesondere Kohlen­dioxid und Sauerstoff. In der Folge wachsen sauerstoffarme Zonen im Ozean und verdrängen etwa große Fische. Langfristig verschärft sich auch das Klima­problem: Ein wärmerer Ozean nimmt weniger als die bisherigen rund 30 Prozent des durch menschliches Handeln zusätzlich ausgestoßenen Treibhausgases CO2 aus der Atmosphäre auf – bedingt durch die geringere Löslichkeit und die zu erwartende Veränderung der Tiefenzirkulation. Zudem steigt der Meeresspiegel an. Dieser Effekt wird ungefähr die Hälfte des vom Weltklimarat IPCC erwarteten globalen Meeresspiegelanstiegs von 80 Zentimeter bis zum Jahr 2100 ausmachen. Eine große Zahl von Megastädten mit über 10 Millionen Einwohnern liegt heute in Küstenregionen; sie werden aktiv auf den Anstieg des Meeresspiegels reagieren müssen. Tropische Koralleninseln und Länder wie Holland, Dänemark oder Norddeutschland machen sich Sorgen um den Küstenschutz.

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Roderich Moessner
06 / 2014 Seite 41

Magnetische Monopole in Spineis

Jeder Festkörper ist ein kleines Universum für sich: Aufgrund von Wechselwirkungen zwischen seinen Bausteinen lassen sich grundlegend neue kollektive Phänomene beobachten. So können selbst elementare Teilchen wie das Elektron in zwei Teile zerfallen und sogar neue Quasiteilchen entstehen, die gar kein Pendant in der Elementarteilchenphysik haben. Ein Beispiel für solch ein Mini-Universum ist ein magnetisches Material namens Spineis, in dem sich magnetische Nord- und Sudpole beliebig weit voneinander entfernen können und dann als magnetische Monopole auftreten.

Die Ladung eines Elektrons ist quantisiert, und zwar in Einheiten von e = –1,6 ×  10–19 C. Und da das Elektron als Elementarteilchen unteilbar ist, kann es in Elektronensystemen auch keine Teilchen geben, deren Ladung nur ein Bruchteil von e beträgt − das sagt einem der gesunde Menschenverstand. Ebenso wissen wir, dass jeder Magnet, unabhängig von seiner Größe − vom Stabmagneten bis zum magnetischen Moment des Elektrons − über einen Nord- und einen Südpol verfügt und es folglich keine magnetischen ­Monopole, also isolierte magnetische Nord- und Südpole, geben kann: Alle Magnete sind Dipole. Diese Aussage hat bisher alle experimentellen Tests bestanden. So ist die lange Suche nach elementaren magnetischen Monopolen − dem magnetisch geladenen Pendant des Elektrons, dessen Existenz schon Dirac postuliert hat [1] − bis heute ergebnislos verlaufen.

Nun ist es mit dem gesunden Menschenverstand so eine Sache. Die obigen scheinbar offensichtlichen Aussagen sind so nicht richtig. Vielmehr exis­tieren in Festkörpern Quasiteilchen mit elektrischer Ladung e/3, und in gewissen Magneten „zerbrechen“ Dipole zu frei beweglichen magnetischen Monopolen. Diese unerwarteten Phänomene, bei denen scheinbar unzertrennliche Freiheitsgrade zerbrechen, sind unter dem Begriff der Fraktionierung zusammengefasst und sollen im Folgenden erläutert werden. Dabei zeigt sich, dass man aus kontraintuitiven Phänomenen wie der Fraktionierung einige allgemeine Lehren über die Eigenschaften von Vielteilchensystemen ziehen kann.
Die Entdeckung leitfähiger Polymere im Jahr 1976 durch Alan Heeger, Alan G. MacDiarmid, Hideki Shirakawa [2] war in vielerlei Hinsicht bahnbrechend − nicht zuletzt, weil sie den Grundstein für die ­organische Elektronik legte. Sie zeigten, dass Poly­acetylen (Abb. 1, unten) − die Polymerkette (CH)n − durch Dotierung elektrisch leitend wird. Bei der genauen ­Untersuchung der elektronischen Eigenschaften solcher Ketten tauchten Anregungen mit völlig unerwarteten Quantenzahlen auf: So konnte ein Elektron in zwei Teile zerbrechen bzw. es trennten sich magnetische und elektrische Aspekte eines Elektrons voneinander [3].

In zweidimensionalen Elektronengasen gelang wenige Jahre später die Entdeckung des fraktionellen Quanten-Hall-Effekts, aus dessen theoretischer Erklärung die Exis­tenz von Quasiteilchen mit gebrochenzahliger Ladung folgte − Robert Laughlin hatte die oben erwähnten Quasiteilchen mit Ladung e/3 vorhergesagt, die seither mit seinem Namen verbunden sind [4]. Inzwischen sind viele theoretische Modelle bekannt, in denen verschiedene, teils recht exotische Formen von Fraktionierung auftreten. Die Schwierigkeit besteht nun darin, entsprechende experimentelle Systeme zu finden. Die hier diskutierten magnetischen Monopole sind das erste Beispiel von Fraktionierung in einem dreidimensionalen Magneten [5]...

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Physik im Alltag

Michael Vogel
06 / 2014 Seite 48

Nichtflüchtig gespeichert

Die permanente Polarisation von Ferroelektrika lässt sich für Speicherchips ausnutzen,
die sich z. B. in Druckern, mobilen Bezahlterminals und Smartcards finden.

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Menschen

06 / 2014 Seite 50

Personalien

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Stefan Jorda
06 / 2014 Seite 53

„Das Programm ist sehr kohärent“

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Bücher/Software

Martin Keilhacker
06 / 2014 Seite 54

Jochen Fricke und Walter L. Borst: Essentials of Energy

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Matthias Leiss
06 / 2014 Seite 54

L. Pareschi und G. Toscani: Interacting Multiagent Systems

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Tagungen

Roswitha Zeis und Christina Roth
06 / 2014 Seite 58

Analytical tools for fuel cells

556. WE-Heraeus-Seminar

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Matthias Kleinmann und Otfried Gühne
06 / 2014 Seite 58

Quantum contextuality, non-locality, and the foundations of quantum mechanics

554. WE-Heraeus-Seminar

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Doris Vollmer, Hans-Jürgen Butt und Stephan Herminghaus
06 / 2014 Seite 58

Wetting of structures with complex geometries

555. WE-Heraeus-Seminar

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Matthias Wollenhaupt
06 / 2014 Seite 59

„Ein tolles Seminar mit spannenden Vorträgen“

54. Wochenendseminar „PhysikerInnen im Beruf“

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Johannes Hecker Denschlag und Tommaso Calarco
06 / 2014 Seite 59

Trapped Ions Meet Cold Atoms

557. WE-Heraeus-Seminar

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Weitere Rubriken

06 / 2014 Seite 57

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.

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