Physik Journal 6 / 2021

Cover

Der riesige Magnet des Experiments Muon g-2 wurde vom Brookhaven National Laboratory in New York zum Fermilab in ­Illinois transportiert. (Bild:
R. Hahn / Fermilab, vgl. S. 16)


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Meinung

Licht für die ZukunftJan-Dierk Grunwaldt und Sarah Köster • 6/2021 • Seite 3

Licht für die Zukunft

Die Forschung mit Synchrotronstrahlung bietet vielfältige Perspektiven.

Aktuell

Maike Pfalz • 6/2021 • Seite 6 • DPG-Mitglieder

Wechsel in der Spitzengruppe

Kerstin Sonnabend • 6/2021 • Seite 7 • DPG-Mitglieder

Nachbesserungen gefordert

Alexander Pawlak • 6/2021 • Seite 8 • DPG-Mitglieder

50 Jahre großes (Radio-)Auge

Alexander Pawlak • 6/2021 • Seite 9 • DPG-Mitglieder

Intuitiv in die Quantenwelt

Anja Hauck • 6/2021 • Seite 9 • DPG-Mitglieder

Geförderte Energieforschung

Maike Pfalz • 6/2021 • Seite 10 • DPG-Mitglieder

Ein Zentrum für die Optik

Kerstin Sonnabend • 6/2021 • Seite 11 • DPG-Mitglieder

Elektronik made in Germany

DFG • 6/2021 • Seite 11 • DPG-Mitglieder

Neue Graduierten­kollegs

Kerstin Sonnabend • 6/2021 • Seite 11 • DPG-Mitglieder

Programm für schnelles Rechnen

Matthias Delbrück • 6/2021 • Seite 12 • DPG-Mitglieder

USA

Quantisierte Start­ups / Erster Haushalts­entwurf / Es bleibt in der ­Familie?

Kerstin Sonnabend • 6/2021 • Seite 13 • DPG-Mitglieder

Kanada: Viel Geld für angewandte Forschung

High-Tech

Michael Vogel • 6/2021 • Seite 14 • DPG-Mitglieder

Laser als Pinsel / Frischwasser aus dem Meer / Gassensor alarmiert visuell / Optisch wirkender „Akku“

Brennpunkt

Anomale AbweichungJörg Pretz • 6/2021 • Seite 16 • DPG-Mitglieder

Anomale Abweichung

Auch die neueste Messung des anomalen magnetischen Moments des Myons gibt Rätsel auf.

Abstand halten!Hartmut Löwen • 6/2021 • Seite 18 • DPG-Mitglieder

Abstand halten!

Physikalische Modelle aus der Theorie der weichen Materie liefern neue Einblicke in die Ausbreitung von Infektionskrankheiten.

Geschichte

Lewin Leopold Ehrlich (1882 – 1942)Stefan L. Wolff • 6/2021 • Seite 20

Lewin Leopold Ehrlich (1882 – 1942)

Der Studienrat aus Berlin wurde nach Riga deportiert und dort ermordet.

Mit (Lewin) Leopold Ehrlich erinnern wir an ein Mitglied der DPG, das weder im industriellen noch im universitären Wissenschaftsbetrieb oder in der Publizistik, sondern in dem für die Fachwelt weniger sichtbaren Beruf eines Studienrats im Schulwesen tätig gewesen war. Außerdem gehörte Ehrlich zu den Mitgliedern, die ohne Promotion oder andere Publikationen keinen Eintrag in einem Nachschlagewerk wie dem „Biographisch-literarischen Handwörterbuch“ von Poggen­dorff erhielten und somit auch keinen „akademischen Fußabdruck“ hinter­lassen haben. (...)

 

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Überblick

Filme aus dem KörperinnerenJens Frahm, Dirk Voit, Oleksandr Kalentev, Maaike van Zalk, Jakob Klosowski und Jost Kollmeier • 6/2021 • Seite 22 • DPG-Mitglieder

Filme aus dem Körperinneren

Mit Magnetresonanz-Tomografie lassen sich Körperbewegungen oder Organfunktionen in Echtzeit abbilden.

Seit ihrer ersten klinischen Erprobung vor rund vierzig Jahren hat sich die Magnetresonanz-Tomografie zu einem der wichtigsten bildgebenden Verfahren in der medizinischen Diagnostik entwickelt. Allerdings war es lange nicht möglich, sehr schnelle Vorgänge direkt abzubilden. Zudem führten unvermeidbare Bewegungen häufig zu Bildfehlern. Eine neue Technik für die Auf­nahme von MRT-Filmen in Echtzeit erlaubt es nun, beliebige Körperbewegungen und Organfunktionen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung darzustellen.

Im Vergleich zu der früher eingeführten Röntgen-Computertomografie konnten die ersten medizinischen Aufnahmen mit der Magnetresonanz-Tomo­grafie (MRT, Info­kasten) [1] zu Beginn der 1980er-Jahre mehrere Vorteile verbuchen: einen völlig nicht­invasiven Einsatz, eine Weichgewebedarstellung ohne Kontrastmittel und eine hohe Empfindlichkeit gegenüber krankhaften Veränderungen. Auf der anderen Seite stellten sich Messzeiten von mehreren Minuten für ein Schnittbild als ein fundamentales Problem heraus und als erheblicher Nachteil für die klinische Praxis. Erst ein 1985 beschriebenes Schnellbildverfahren (Fast Low Angle Shot, FLASH) mit hundertfacher Beschleunigung [2, 3] verhalf der MRT zum grundsätzlichen Durchbruch, der bis heute zu steten Weiterentwicklungen vielfältiger Untersuchungsmodalitäten geführt hat.
Der physikalische Trick bestand darin, die langen Wartezeiten zu vermeiden, die damals zwischen den Hunderten von unterschiedlich ortskodierten Einzelmessungen einer MRT-Aufnahme einzuhalten waren. Diese Wartezeiten waren nötig für eine ausreichend starke Erholung des jeweils vollständig verbrauchten MRT-Signals durch die T1-Relaxation, bevor die nächste Einzelmessung beginnen konnte. Gleichzeitig erforderte ein räumlich gut aufgelöstes Bild sehr viele Einzelmessungen. Eine Fourier-Transformation des zeitlichen Signals jeder Einzelmessung entspricht einer eindimensionalen Projektion des Untersuchungsobjekts.
Bei Aufnahmen nach dem FLASH-Prinzip regt ein Radiofrequenzimpuls das MRT-Signal an, der nur eine kleine Leistung besitzt und nur einen kleinen Teil des verfügbaren Signals für die aktuelle Einzelmessung verbraucht. Da gleichzeitig der größte Anteil der Gleich­gewichtsmagnetisierung für weitere Anregungen unmittelbar zur Verfügung steht und daher keine Wartezeit folgen muss, verringern sich die Wiederholzeiten der Einzel­messungen von Sekunden auf Millisekunden. Entsprechend beträgt die Gesamtmessdauer für ein Bild statt Minuten nur noch Sekunden. Erst dies erlaubt hochaufgelöste dreidimensionale MRT-Aufnahmen. (...)

 

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Topologische Isolatoren 2.0Titus Neupert und Frank Schindler • 6/2021 • Seite 28 • DPG-Mitglieder

Topologische Isolatoren 2.0

Materialien mit leitenden Kristallkanten eröffnen neue Möglichkeiten für zukünftige Elektronik.

Dass Isolatoren keinen Strom leiten, klingt nach einer Tautologie. Die vor über zehn Jahren entdeckten topo­logischen Isolatoren bilden hingegen eine Ausnahme. Diese sind nur im Volumen des Kristalls isolierend, während sich auf der Oberfläche leitende Zustände befinden. Die Existenz solcher Zustände lässt sich mit den mathematischen Mitteln der Topologie vorhersagen. Kürzlich wurde diese Materialfamilie durch topologische Isolatoren „höherer Ordnung“ erweitert, die im Idealfall leitende Zustände auf den Kristallkanten haben. Erste experimentelle Hinweise dafür fanden sich ausgerechnet in elementaren Bismut-Kristallen, die bis dahin als nichttopologische Materialien galten.

Topologische Zustände sind ein Paradebeispiel dafür, wie sich physikalische Phänomene durch elegante mathematische Beschreibung tiefgründig ver­stehen lassen. In der Mathematik beschreibt die Topologie Eigenschaften von Objekten, die bei kontinuierlichen Verformungen unverändert bleiben. Die Knotentheorie ist ein gutes Beispiel: Bleiben die Enden eines Seils fixiert, so sind bestimmte Knoten nicht aufzulösen, unabhängig davon, wie das Seil zwischen ihnen verformt wird. In Festkörpern geht es nicht um Seile und Knoten, aber die grundsätzlich selbe mathe­matische Beschreibung lässt sich nutzen, um die quantenmechanische Wellenfunktion von Elektronen in einem Kristall zu beschreiben. Dabei handelt es sich um die sogenannten Bloch-Wellen, die sich aus einer ebenen Welle im Kristallgitter und einer Modulation durch das periodische Gitter zusammensetzen. Sie sind durch den Gitterimpuls der Elektronen charakterisiert, der ihre Wellenlänge festlegt. Die gitterperiodische Modulation hängt ebenso vom Gitter­impuls ab, und es gibt abstrakte Analoga zu Knoten in ihrer funktionalen Abhängigkeit. Die Topologie manifestiert sich somit in der Wellenfunktion im Hilbert-Raum. (...)

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Streifzug

Physik und Bauhaus in JenaChristian Forstner • 6/2021 • Seite 34

Physik und Bauhaus in Jena

Ein Stadtrundgang durch die Saalestadt verbindet Physik- und moderne Architekturgeschichte.

Physik im Alltag

Unter DruckDenise Müller-Dum und Jens Kube • 6/2021 • Seite 36 • DPG-Mitglieder

Unter Druck

Für viele Menschen ist das Tauchen ein Hobby, für manche sogar ein Beruf. Die erreichbare Tiefe hängt von verschiedenen Faktoren ab.

Menschen

6/2021 • Seite 38 • DPG-Mitglieder

Personalien

Andreas Meyer, Dieter Herlach und Hansjörg Dittus • 6/2021 • Seite 42 • DPG-Mitglieder

Nachruf auf Berndt Feuerbacher

Kerstin Sonnabend • 6/2021 • Seite 43 • DPG-Mitglieder

„Das Engagement macht auch die eigene Forschung sichtbar.“

Interview mit Doris Reiter

Rezensionen

Claus Kiefer • 6/2021 • Seite 44 • DPG-Mitglieder

Martin Bojowald: Foundations of Quantum Cosmology

Alexander Pawlak • 6/2021 • Seite 45 • DPG-Mitglieder

Ilja Bohnet: Vom Quantenschaum bis zum Rand des ­Universums,

Kerstin Sonnabend • 6/2021 • Seite 45 • DPG-Mitglieder

Volker Hahn: Die souveräne Expertin

Alexander Pawlak • 6/2021 • Seite 46 • DPG-Mitglieder

Jóhann Jóhannsson & Yair Elazar Glotman: Last and First Men

DPG

Maike Pfalz / DPG • 6/2021 • Seite 48 • DPG-Mitglieder

Klima mit dem Koffer verstehen

Nicole Gerasimova • 6/2021 • Seite 49 • DPG-Mitglieder

Vom Schreibtisch in den Weltraum und zurück

Carolin Lüders, Miriam Raths, Simon Ohler, Marco Decker und Mirco Kutas • 6/2021 • Seite 50 • DPG-Mitglieder

Studium, Promotion? Und dann?

6/2021 • Seite 52 • DPG-Mitglieder

Fortbildungen für Lehrkräfte

6/2021 • Seite 53 • DPG-Mitglieder

Virtuelle Herbsttagungen 2021

Tagungen

Christian Pfeifer und Claus Lämmerzahl • 6/2021 • Seite 56 • DPG-Mitglieder

Experimental Tests and ­Signatures of Modified and Quantum Gravity

740. WE-Heraeus-Seminar

Eva Sevcsik und Sebastian Springer • 6/2021 • Seite 56 • DPG-Mitglieder

Nanobiotechnology for cell interfaces

733. WE-Heraeus-Seminar

Gabi Schierning und Roland Schmechel • 6/2021 • Seite 56 • DPG-Mitglieder

Understanding Transport Processes on the ­Nanoscale for Energy Harvesting ­Devices

719. WE-Heraeus-Seminar

Mike Lamont, Jörg Pretz und Andreas Wirzba • 6/2021 • Seite 57 • DPG-Mitglieder

Towards Storage Ring ­Electric Dipole Moment Measurements

744. WE-Heraeus-Seminar

6/2021 • Seite 58 • DPG-Mitglieder

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