Juni 2022

Nichtlineare Interferometer für die spukhafte Bildgebung mit nichtdetektiertem Licht gibt es bereits als transportable Systeme. (Bild: Walter Oppel, Fraunhofer IOF, vgl. S. 40)

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Zur Ausgabe

Meinung

Günther Hasinger
06 / 2022 Seite 3

Wissen.schafft.Perspektiven

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Aktuell

Kerstin Sonnabend
06 / 2022 Seite 6
DPG-Mitglieder

Startschuss für den Neustart

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Alexander Pawlak / DLR
06 / 2022 Seite 7
DPG-Mitglieder

Endgültig gelandet

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Maike Pfalz / PTB
06 / 2022 Seite 8
DPG-Mitglieder

Moderne Forschung auf historischem Gelände

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Kerstin Sonnabend
06 / 2022 Seite 10
DPG-Mitglieder

Zurück aus der Schwerelosigkeit

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Anja Hauck / WR
06 / 2022 Seite 11
DPG-Mitglieder

Hochschulen fit für die Zukunft machen

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Maike Pfalz / Uni Bremen
06 / 2022 Seite 11
DPG-Mitglieder

Das BEST(e) für die Energiewende

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Maike Pfalz / TIB
06 / 2022 Seite 12
DPG-Mitglieder

Open Access wirkt

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Maike Pfalz / DESY
06 / 2022 Seite 12
DPG-Mitglieder

Forschung im Röntgenlicht

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Maike Pfalz
06 / 2022 Seite 13
DPG-Mitglieder

Von Katalyse über Materialien zu Batterien

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Matthias Delbrück
06 / 2022 Seite 14
DPG-Mitglieder

(K)eine DARPA für Kanada

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Maike Pfalz / AEI
06 / 2022 Seite 14
DPG-Mitglieder

Meilenstein für LISA

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Kerstin Sonnabend / ITER
06 / 2022 Seite 15
DPG-Mitglieder

Tonnenschwere Last exakt positioniert

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Kerstin Sonnabend
06 / 2022 Seite 15
DPG-Mitglieder

MANDELA eröffnet

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Matthias Delbrück
06 / 2022 Seite 16
DPG-Mitglieder

Roadmap down under

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Kerstin Sonnabend
06 / 2022 Seite 17
DPG-Mitglieder

Plangemäß gebaut und eröffnet

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Matthias Delbrück
06 / 2022 Seite 17
DPG-Mitglieder

USA: Übergriffige Astronomie; Geteilte Düne; Uranus, ho!

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Leserbriefe

Christoph Quitmann
06 / 2022 Seite 19
DPG-Mitglieder

Keine Alternative

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High-Tech

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Brennpunkt

Matthias Schott
06 / 2022 Seite 22
Mitglieder

W wie Widerspruch?

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Geschichte

Johannes-Geert Hagmann
06 / 2022 Seite 24
DPG-Mitglieder

Push & Pull

Mit dem Ziel, durch wissenschaftliche Erkenntnisse den Krieg im Pazifik möglichst zu verkürzen, begann im Juli 1945 ein zunächst geheimes US-Rekrutierungsprogramm für ausgewählte deutsche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Nach Kriegsende wurde es unter dem Namen „Paperclip“ weitergeführt.

Nur wenige Themen haben die Politik in den vergangenen Jahren so sehr bewegt wie die Migration. Ein Hauptauslöser dafür, dass Menschen in ein anderes Land auswandern, sind kriegerische Konflikte mit all ­ihren zerstörerischen Konsequenzen. Auch die Geschichte Deutschlands im 20. Jahrhundert ist geprägt durch das Entfachen von zwei Weltkriegen, in deren Folge Millionen von Menschen verfolgt, ermordet oder vertrieben wurden.
Dieser Beitrag soll die Folgen des Zweiten Weltkriegs um eine weniger bekannte Perspektive ergänzen: eine Auswanderungsbewegung von deutschen und österreichischen Physikerinnen und Physikern nach Ende des Zweiten Weltkriegs in die USA. Teile dieser Geschichte, insbesondere die Überführung von Raketenwissenschaftlern zusammen mit Wernher von Braun und dessen Beteiligung am amerikanischen Raumfahrtprogramm, sind in einigen hervorragenden Büchern und Arbeiten, jedoch auch in einer größeren Anzahl weniger fundiert recherchierten und teils reißerischen Werken erzählt worden. Auch finden sich Karikaturen dieser Karrieren in populären Werken, etwa in der Figur des „Dr. Strangelove“ in Stanley Kubricks gleichnamigen Film von 1964. Im Folgenden wird der Blick hingegen auf Bereiche der Physik gelenkt, die bisher weniger im Zentrum des öffentlichen Interesses standen. (...)

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Überblick

Andrea Knue, Alexander Grohsjean und Peter Uwer
06 / 2022 Seite 29
DPG-Mitglieder

Von der Nadel im Heuhaufen zur Kompassnadel der Teilchenphysik

Ein Vierteljahrhundert nach der Entdeckung des Top-Quarks am Tevatron-Beschleuniger des Fermilab öffnet der Large Hadron Collider am CERN die Tür zu einem neuen Bereich der Teilchenphysik. Entsprach der Weg zur Entdeckung noch der sprichwörtlichen Suche nach der Nadel im Heuhaufen, produziert der LHC heute Top-Quarks millionenfach. Die damit erreichbare Genauigkeit erlaubt nicht nur detaillierte Tests des Standardmodells der Teilchenphysik, sondern kann auch den Weg zu seinen möglichen Erweiterungen weisen.

Das Top-Quark spielt im Standardmodell der Teilchenphysik eine besondere Rolle. In den 1970er-Jahren zeigte sich, dass Fermionen (Teilchen mit halbzahligem intrinsischen Drehimpuls) in Familien auftreten, von denen jede aus zwei Quarks, einem geladenen Lepton und einem Neutrino besteht. Diese Familien unterscheiden sich nur durch die Massen der enthaltenen Fermionen. Anfangs waren nur zwei Familien bekannt: Zur ersten Familie gehören u- und d-Quark, Elektron und Elektron-Neutrino, zur zweiten c- und s-Quark, Myon und Myon-Neutrino. Die Entdeckung des τ-Leptons 1975 und des b-Quarks 1977 lieferten jedoch Hinweise auf eine dritte, schwerere Familie. Zu diesem Zeitpunkt fehlte ihr zugehöriges Neutrino sowie ein zweites Quark, das Top-Quark. Obwohl das Standardmodell außer der Masse alle Teilchen-Eigenschaften vorhersagt, führten die intensiven Suchen erst nach fast zwanzig Jahren zum Nachweis des Top-Quarks. Seine für subatomare Verhältnisse riesige Masse – es ist fast 35-mal schwerer als ein b-Quark und damit fast so schwer wie ein Goldatom – macht das Top-Quark einzigartig und stellte die damaligen Experimente vor große Herausforderungen. (...)

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Markus Gräfe
06 / 2022 Seite 40
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Spukhafte Erscheinungen

Licht fasziniert seit jeher, doch der physikalische Blick darauf bleibt im steten Wandel. Seine einfachste Beschreibung als Strahlenbündel bildet die Basis der geometrischen Optik und erklärt, wie optische Abbildungen mittels Linsen funktionieren. Ein genauerer Blick auf das Verhalten von Licht an einem optischen Gitter zeigt Beugung und Interferenz – zwei Effekte, die in seiner Wellennatur begründet liegen. Aber Licht ist noch viel mehr: Dank Albert Einstein und Max Planck wissen wir heute, dass es aus Quanten besteht: den Photonen. Auf dieser fundamentalen Erkenntnis baut unsere moderne Photonik- und Halbleiterindustrie auf, und damit Quantentechnologien der 1. Generation. Die heute in der Entwicklung befindliche 2. Generation beruht auf nichtklassischen Quantenzuständen des Lichts.

In der Entwicklung der Quantenphysik zeigte sich schnell, dass Licht in Form verschiedener Quantenzustände vorliegen kann. Einige davon lassen sich nicht mehr mit klassischer Elektrodynamik beschreiben. Die Anwendungen dieser nichtklassischen Zustände in neuartigen technologischen Konzepten bilden die Quantentechnologien der 2. Generation und stehen aktuell als Forschungsgebiet mit hohem Innovationspotenzial im Fokus. Ein vielversprechendes Gebiet stellt hierbei die Quantenbildgebung dar: die Bildgebung und Spektroskopie mit nichtklassischem Licht [1].
Die mit Abstand meistgenutzte Quelle nichtklassischen Lichts basiert auf der spontanen parametrischen Fluoreszenz (Infokasten). Dabei konvertieren die Pumpphotonen eines Lasers spontan in zwei Tochterphotonen, die historisch bedingt als Signal und Idler benannt sind. Das Signal- und das Idlerphoton bilden als Photonenpaar einen nichtklassischen Zwei-Photonenzustand mit Eigenschaften, die in der klassischen Optik nicht existieren. Beide Photonen sind räumlich verschränkt – das heißt, sie zeigen Korrelationen sowohl in ihrer Position als auch in ihrem Impuls. Daneben können weitere Freiheitsgrade verschränkt sein, wie Polarisation, Helizität bzw. Drehimpuls oder Energie und Zeit. Darauf basierend lassen sich die verschiedenen Ansätze der Quantenbildgebung in drei Kategorien einteilen. Denn die Quantenbildgebung nutzt entweder Verschränkung aus, basiert auf Korrelationen oder geschieht mithilfe von Interferometern. Im Folgenden illustriert jeweils ein Beispiel diese Kategorien, wobei die letzte sowohl wegen ihrer spukhaften Physik als auch wegen des enormen Anwendungspotenzials genauer beleuchtet wird. (...)

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Lehre

Cynthia E. Heiner und Günther Kurz
06 / 2022 Seite 35
Mitglieder

Wenn sprechen mehr bringt als zuhören

Die Hochschullehre ist ein wichtiger Forschungs­gegenstand, da empirische Daten helfen können, ihre Effektivität zu steigern [1]. Forschungsergebnisse aus dem nord­amerikanischen Raum sowie von deutschen Hochschulen belegen, dass interaktive Lernszenarien zum konzeptionellen Physik­verständnis mehr beitragen als traditionelle dozentenzentrierte Darbietungen. Die Art und Weise, mit der sich Studierende mit Fachkonzepten auseinandersetzen, trägt wesentlich zum Lernerfolg bei. Ein mögliches Lernszenario ist das Konzept „Peer Instruction“ (PI).

Eric Mazur entwickelte dieses Konzept in den 1990er-Jahren an der Harvard University [2 – 4]. Aus­löser dafür, seine Vorlesung radikal vom lehr- zum lernzen­trierten Unterricht zu ändern, waren Veröffent­lichungen von Ibrahim Abou Halloun und David Hestenes aus den Jahren 1985 und 1987 [5, 6]. Sie hatten den Test „Force Concept Inventory“ zu grundlegenden Konzepten der Newtonschen Mechanik entwickelt und gezeigt, wie wenig die Studierenden in der Physikvorlesung verstanden hatten. Aus Neugier setzte Mazur diesen konzeptionellen Test in seinen Ingenieur- und Physikstudiengängen ein. Sein Schlüsselerlebnis war folgende Frage eines Teilnehmers: „Professor Mazur, wie soll ich diese Fragen beantworten? So wie Sie es uns vorgestellt haben oder wie ich über diese Dinge wirklich denke?“ [4]. Dieses Zitat verdeutlicht, dass Studierende zwar die Inhalte der Physik lernen, deren physikalisches Weltbild mitunter aber häufig unverändert „vor-Newtonisch“ bleibt.

Die Verwendung qualitativer Fragen in späteren Klausuren bestätigte das Ergebnis, dass das konzeptionelle Verständnis der Studierenden bei traditioneller Lehre deutlich hinter der Fähigkeit, Rechenalgorithmen anzuwenden, zurückbleibt. Mazur erkannte dadurch, dass bloßes Zuhören in einer Vorlesung, die als Monolog vor einer passiven Hörerschaft gehalten wird, nicht ausreicht, um die intrinsische Schwierigkeit eines wissenschaftlichen Konzeptes zu verstehen. (...)

 

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Physik im Alltag

Denise Müller-Dum und Jens Kube
06 / 2022 Seite 46
DPG-Mitglieder

Eine helfende Hand

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Menschen

Maike Pfalz
06 / 2022 Seite 50
Mitglieder

„Eine langfristige Perspektive war mir sehr wichtig.“

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06 / 2022 Seite 51
DPG-Mitglieder

Personalien

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Rezensionen

David Smolinski, Katharina Adrion und Markus Struckmann
06 / 2022 Seite 56
DPG-Mitglieder

Ulrich Eberl: Unsere Über­lebensformel

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Bianca Watzka
06 / 2022 Seite 56
DPG-Mitglieder

Thomas Wilhelm, Jochen Kuhn (Hrsg.): Für alles eine App

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Frank Maas
06 / 2022 Seite 57
DPG-Mitglieder

Richard Milner, Erhard Steffens: The HERMES Experiment

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DPG

06 / 2022 Seite 48
DPG-Mitglieder

Dissertationspreise 2023

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Fabian Ziegler
06 / 2022 Seite 58
DPG-Mitglieder

Der Nutzen digitaler Trans­formation

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Jakob Dietl
06 / 2022 Seite 60
DPG-Mitglieder

Die 42 (auf Altindogermanisch) setzt sich durch

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06 / 2022 Seite 60
DPG-Mitglieder

Industriegespräche in Coburg

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Philipp Leitl
06 / 2022 Seite 61
DPG-Mitglieder

Zwischentreffen in Berlin

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Tagungen

Johannes Berg, Martin Peifer und Donate Weghorn
06 / 2022 Seite 62
DPG-Mitglieder

Evolution of Cancer – Reconstructing the Past, Predicting the Future

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David Niklas Jansen, Martin Messner und Sandra Nierentz
06 / 2022 Seite 62
DPG-Mitglieder

Creative Days

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Fabian Grusdt und Julian Léonard
06 / 2022 Seite 62
DPG-Mitglieder

Frontiers of Quantum Gas Microscopy

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06 / 2022 Seite 63
DPG-Mitglieder

Tagungskalender

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