März 2020

Das klare Süßwasser im Silfra ­Canyon sorgt für ein subtiles, ­faszinierendes Farbenspiel. ­(Bild: Alexander Mustard, www.amustard.com, vgl. S. 38)

 

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Zur Ausgabe

Meinung

Gerald Kirchner
03 / 2020 Seite 3

Friedensforschung stärken

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Aktuell

DFG / Alexander Pawlak
03 / 2020 Seite 6
DPG-Mitglieder

Für das Wissen entscheiden

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Kerstin Sonnabend
03 / 2020 Seite 7
DPG-Mitglieder

Quantencomputer zum Ersten

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Maike Pfalz / BMBF
03 / 2020 Seite 7
DPG-Mitglieder

Quantencomputer zum Zweiten

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Maike Pfalz / DLR
03 / 2020 Seite 8
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Kommt ein Flugzeug geflogen

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German U15 / Alexander Pawlak
03 / 2020 Seite 8
DPG-Mitglieder

Spitzenunis für offene Forschungsdaten

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Maike Pfalz / Wissenschaftsrat
03 / 2020 Seite 10
DPG-Mitglieder

Neugründung mit Modellcharakter

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Maike Pfalz
03 / 2020 Seite 10
DPG-Mitglieder

Die ESRF strahlt wieder

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Alexander Pawlak
03 / 2020 Seite 11
DPG-Mitglieder

Planet der Herzen?

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Matthias Delbrück
03 / 2020 Seite 11
DPG-Mitglieder

Neue Forschungsagentur in Chile

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Kerstin Sonnabend
03 / 2020 Seite 12
DPG-Mitglieder

Die Sonne im Visier

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Matthias Delbrück
03 / 2020 Seite 14
DPG-Mitglieder

Niemals geht man so ganz

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Matthias Delbrück
03 / 2020 Seite 15
DPG-Mitglieder

USA

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Leserbriefe

Günter Hellmiß
03 / 2020 Seite 17
DPG-Mitglieder

Honorierte Leistungen

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Carl Weinert
03 / 2020 Seite 17
DPG-Mitglieder

Mehr Einmischung, bitte!

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High-Tech

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Brennpunkt

Achim Schwenk
03 / 2020 Seite 20
DPG-Mitglieder

Mehr Neutronen gehen nicht

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Norbert Hoffmann
03 / 2020 Seite 23
DPG-Mitglieder

Linear oder nichtlinear? Das ist hier die Frage!

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Bildung und Beruf

Maike Pfalz
03 / 2020 Seite 28
DPG-Mitglieder

„Ohne Promotion könnte ich mit Kunden nicht auf Augenhöhe reden.“

Schon in der Jugend erwachte in Dr. Dirk Meier (50) das Interesse für Elektronik und Computing. Während der Promotion arbeitete er an der elektronischen Auslese verschiedener Detektoren und nutzte dazu Produkte von Integrated Detector Electronics AS (IDEAS). Seit zwei Jahren ist er dort als Chief Technology Officer für internationale Kunden verantwortlich.

Was war das Thema Ihrer Doktorarbeit?

Ich habe mich am CERN mit Diamanten für strahlenharte Detektoren beschäftigt. Mein Arbeitsgruppenleiter hatte Anfang der 1990er-Jahre zusammen mit einem Ingenieur die Firma IDEAS gegründet, um eine selbst entwickelte Ausleseelektronik in der Nuklearmedizin anzuwenden und zu kommerzialisieren. Mit dieser Elektronik habe ich Diamanten auf ihre Detektionsfähigkeit hin untersucht.

So kam der Kontakt zu IDEAS zustande?

Genau. Ich war auch für ein paar Monate in Oslo, um dort Messungen zu machen. Nach der Promotion habe ich an der University of Michigan gearbeitet und parallel als Berater für IDEAS. Am CERN habe ich die Elektronik von IDEAS getestet, bevor ich sie im Handgepäck mit in die USA genommen habe, um dort damit zu messen.

Worauf ist IDEAS spezialisiert?

Auf das Design integrierter Schaltkreise für wissenschaftliche Experimente. Wir versuchen aber auch immer, unsere Elektronik auf wirtschaftlich bedeutende Projekte zu transferieren. 2006 hat eine amerikanische Firma IDEAS aufgekauft und unsere Elektronik für die Brustkrebsfrüherkennung vermarktet. 2013 ging diese Firma pleite, aber Kunden in der Dosimetrie haben wir immer noch. Hauptsächlich arbeiten wir aber mit Wissenschaftlern.

Können Sie ein Beispiel geben?

Wir arbeiten an Elektronik für geplante Copernicus-Missionen. Eine zielt darauf ab, den anthropogenen CO2-Gehalt in der Erdatmosphäre zu überwachen. Dafür entwickeln wir die Elektronik, um Fokalebenen-Arrays auszulesen. (...)

 

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Überblick

Almudena Arcones
03 / 2020 Seite 31
DPG-Mitglieder

Der Stern der Weisen

Dass sich auf der Erde edle Metalle wie Gold, Silber oder Platin finden, verdanken wir einem komplexen Zusammenspiel: Damit diese Elemente entstehen, müssen sehr exotische Atomkerne unter extremen äußeren Bedingungen vorliegen. Solche Prozesse lassen sich nur mit aufwändigen Simulationen der zugrunde liegenden Astrophysik und Kernphysik verstehen.

Als das US National Research Council im Jahr 2003 eine Liste der großen, bisher unbeantworteten wissenschaftlichen Fragen veröffentlichte, gehörte dazu auch das Rätsel, wie die Elemente von Eisen bis Uran im Universum produziert werden [1]. Zwar ist seit Ende der 1950er-Jahre klar, dass dafür zwei Prozesse verantwortlich sind, bei denen entweder langsame (s-Prozess für engl.: slow) oder schnelle (r-Prozess, rapid) Neutroneneinfangreaktionen stattfinden. Doch insbesondere das Verständnis des r-Prozesses stellt für Astrophysik und Kernphysik nach wie vor eine große Herausforderung dar.

Die Häufigkeitsverteilung der Elemente in unserem Sonnensystem lässt sich durch Spektroskopie der Sonnenphotosphäre bestimmen. Zusammen mit den Verteilungen in Meteoriten ergibt sich ein genaues Bild der chemischen Zusammensetzung jeder Gaswolke, aus der sich die Sonne und ihr Planetensystem gebildet haben. Diese Signatur entsteht aus dem Zusammenspiel verschiedener Nukleo­syntheseprozesse (Abb. 1). Wasserstoff und Helium treten mit Abstand am häufigsten auf. Die beiden leichtesten Elemente entstehen bereits direkt nach dem Urknall und sind die Basis für die Synthese aller weiteren Elemente. Als im noch jungen Universum riesige Gaswolken unter ihrer eigenen Schwerkraft zu den ersten Sternen kollabierten, verdichtete sich die Materie in ihrem Inneren so sehr, dass Fusionsprozesse einsetzten. Bei diesem nuklearen Brennen entsteht zunächst Helium aus Wasserstoff. Die dabei frei werdende Energie stabilisiert den Stern gegen den Druck der Schwerkraft [2]. Im Fall massereicher Sterne, die mindestens achtmal so schwer sind wie unsere Sonne, zünden im Zentrum des Sterns nach und nach weitere Brennphasen, bis ein Eisenkern entstanden ist. Darin finden sich Isotope der Elemente um Eisen mit Massenzahlen A zwischen 50 und 65. Sie besitzen die höchste Kernbindungsenergie pro Nukleon, sodass eine weitere Fusion als endotherme Reaktion dem Stern Energie entziehen würde. Darüber hinaus sind diese Reaktionen sehr unwahrscheinlich, weil aufgrund der steigenden Ladungszahl der Isotope eine immer größere abstoßende Coulomb-Kraft zu überwinden ist. (...)

 

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Michael Vollmer
03 / 2020 Seite 38
Pro-Physik-Mitglieder

Mehr als Blau

Wasser ist wahrlich ein besonderer Stoff, nicht zuletzt wegen seiner teils einzigartigen physikalischen Eigen­schaften, wie der Dichteanomalie, der sehr hohen Oberflächenspannung, der höchsten spezifischen Wärme­kapazität oder der größten Verdampfungswärme aller Flüssigkeiten [1]. Nicht zufällig inspiriert es immer wieder Forscherinnen und Forscher dazu, sich neuen Fragestellungen zu seinen Eigenschaften zu widmen [2, 3]. Auch seine Farbe, die augenscheinlich am besten beobachtbare Eigenschaft, lohnt einen genaueren physikalischen Blick.

Fast jeder Schwimmbadbesucher, der mit Schwimmbrille unter Wasser umherschaut, kennt das Phänomen: Die Wände haben im Allgemeinen einen leicht bläulichen Farbton. Oft bestehen sie entweder aus weißen Kacheln oder Edelstahl, zeigen also eine wellenlängenunabhängige Reflexion. Wenn dann auch die Lichtquelle wie die Sonne weiß ist, sollte die wahrgenommene Farbe anhand der sie erzeugenden Spektren nur vom Wasser herrühren. Hat Wasser also eine intrinsisch blaue Farbe? Bei der Beantwortung dieser Frage soll es nicht um die scheinbaren Farben des Wassers durch Reflexion farbiger Gegenstände an seiner Oberfläche gehen, sondern um ausgedehnte Wasservolumina, wie sie in natürlichen Gewässern – Flüssen, Seen und Meeren – vorkommen, mit Dimensionen und Tiefen von Dezimetern bis hin zu vielen Kilometern.

Im Idealfall besteht Wasser nur aus H2O-Molekülen, gekoppelt über Wasserstoffbrückenbindungen. Dem am nächsten kommt das „Reinstwasser“, die höchste technische Reinheitsstufe, bei der Wasser so gut wie keine Fremdstoffe enthält. In der Natur und im Alltag enthält alles Wasser neben gelösten Gasen wie CO2 oder O2 auch gelöste Ionen wie die von Natrium, Calcium oder Magnesium sowie Karbonate, Chloride und Sulfate. Der Massengehalt an gelösten Salzen liegt in natürlichem Süßwasser unter 0,1 Prozent. Im Meerwasser erreicht er im Schnitt 3,5 Prozent, beim Extremfall Totes Meer bis zu 28 Prozent. Ober­flächensüßwasser und auch Meerwasser kann je nach Eintrag durch Landwirtschaft, Industrie oder Lebewesen weitere Inhaltsstoffe enthalten. Dazu zählen viele suspendierte Teilchen, insbesondere Erde und Sand, sowie mehr oder weniger große Mengen an organischen Substanzen, die sich im Wesentlichen aus Stoffwechsel- und Abbau­produkten von Pflanzen und Tieren zusammensetzen.

Das Spektrum der Inhaltsstoffe ist somit sehr groß. Im Folgenden ist reinstes Wasser möglichst reines auf der Erde verfügbares Süßwasser, d. h. Wasser ohne organische Inhaltsstoffe mit einem geringen Anteil gelöster Salze. Darauf aufbauend lässt sich diskutieren, wie Inhaltsstoffe die optischen Eigenschaften des Wassers verändern. Eine einfache direkt korrelierte Messgröße ist hierbei sowohl qualitativ wie quantitativ die Sichtweite, die von wenigen Zentimetern bei einigen Oberflächengewässern bis hin zu vielen Metern im Meer reichen kann. Unter Sichtweite versteht man generell die Entfernung, in welcher der Kontrast zwischen einem Objekt und dem Hintergrund unter einen bestimmten Schwellenwert sinkt. Dieser wird in der Atmosphäre meist auf zwei Prozent angesetzt. (...)

 

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Lehre

Pascal Klein, Andreas Müller, Sebastian Becker und Jochen Kuhn
03 / 2020 Seite 47
DPG-Mitglieder

Mobile Minilabore zum Lernen

Smartphones und andere mobile Geräte eignen sich als praktikable und leistungsfähige Experimentiermittel für Schule und Hochschule. Kontrollierte empirische Studien geben darüber hinaus Aufschluss über ihre Wirksamkeit bezüglich Lernen und Motivation.

Smartphones und Tablets sind zu ständigen Begleitern im Alltag geworden. Neben der Möglichkeit zur Kommunikation besitzen sie zahlreiche interne Sensoren, um Beschleunigungen, Lichtintensitäten, akus­tische Frequenzen und andere physikalische Größen zu messen. Dadurch können sie als Experimentiermittel den experimentell-orientierten Physikunterricht in Schule und Hochschule bereichern. Die Verfügbarkeit und Mobilität der Geräte ermöglichen zudem Experimente in vielen Alltagssituationen und anderen Anwendungskontexten, beispielsweise Messungen von Lärm oder Beschleunigungen im Freizeitpark oder im Straßenverkehr. Diese Vorteile werden seit etwa zehn Jahren an Physiklehrkräfte und -dozenten kommuniziert, unter anderem durch die Kolumne „iPhysicsLab“ oder in Fachzeitschriften.1) Doch verbessert der Einsatz von Smartphones überhaupt das Lernen und die Motivation im Vergleich zu herkömmlichen Methoden?

Um diese Frage zu beantworten, werden in der fach­didaktischen Forschung experimentelle Konzepte unter Perspektive der Falsifizierbarkeit entworfen, die sich auf Theorien begründen. Eine experimentelle Manipula­tion erlaubt es dabei, die tatsächliche Wirkung neuartiger Ins­trumente auf Lernen und Motivation zu untersuchen. Das bedeutet, dass eine Versuchsgruppe mit den neuen Instrumenten arbeitet und die Wirkung gegenüber einer Kontrollgruppe verglichen wird, welche diese Instrumente nicht nutzt. Empirische Studien zum Einsatz von von Smartphones oder Tablets sind allerdings immer noch rar gesät und teils überraschend wenig belastbar, obwohl die Forschungsmethodik in den Fachdidaktiken in den vergangenen Jahren erhebliche Fortschritte gemacht hat [1, 2]. Ausgehend von dieser Beobachtung haben wir in der Physikdidaktik-Gruppe der TU Kaiserslautern seit 2012 mehrere empirische Studien zum Einsatz von Smartphones als Experimentiermittel durchgeführt. Die Studien zielten darauf ab, theoriebasierte Hypothesen zu Motivations- und Lerneffekten durch kontrollierte Studiendesigns zu überprüfen, die den Standards hypothesenprüfender quantitativer Forschung genügen, d. h. Ergebnisse, Objektivität und Validität der Methoden müssen reproduzierbar sein. (...)

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Physik im Alltag

Ulrich Kilian
03 / 2020 Seite 52
DPG-Mitglieder

Neue Flächen für die Sonne

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Menschen

03 / 2020 Seite 54
DPG-Mitglieder

Personalien

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Jürgen Biener, Helmut Brand, Gerhard Ertl, Stefan Karpitschka, Stefan Schlicht, Stefan Wehner
03 / 2020 Seite 58
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Jürgen Küppers

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Frank Pobell und Klaus Andres
03 / 2020 Seite 59
DPG-Mitglieder

Zum Gedenken an Georg Eska

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Tiago Buckup, Hans-Robert Volpp, Norbert Hampp, Stefan Lochbrunner, Regina de Vivie-Riedle
03 / 2020 Seite 60
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Marcus Motzkus

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Kerstin Sonnabend
03 / 2020 Seite 61
DPG-Mitglieder

„Die Teamarbeit erweitert den eigenen Horizont.“

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Rezensionen

Georg Steinhauser
03 / 2020 Seite 62
DPG-Mitglieder

Chernobyl, Regie: Johan Renck

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Kerstin Sonnabend
03 / 2020 Seite 62
DPG-Mitglieder

Leopold Mathelitsch: Physikalische Melange

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Alexander Pawlak
03 / 2020 Seite 63
DPG-Mitglieder

The Hitchhiker’s Guide to the Future – Douglas Adams and the Digital World

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DPG

03 / 2020 Seite 26
DPG-Mitglieder

Ausschreibung von Preisen 2021

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03 / 2020 Seite 30
DPG-Mitglieder

DPG-Mentoring-Programm und Leading for Tomorrow

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03 / 2020 Seite 46
DPG-Mitglieder

Industrietage 2020

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03 / 2020 Seite 57
DPG-Mitglieder

Videowettbewerb: Physik in der Zukunft

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Dieter Meschede, Beate Brase, Johannes Grebe-Ellis
03 / 2020 Seite 64
DPG-Mitglieder

Empfehlungen der DPG zu Physikdidaktik-Professuren

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Meret Preuß und Linus Kemme
03 / 2020 Seite 65
DPG-Mitglieder

Die perfekte Welle

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David Ohse, Erich Runge und Alexander Heinrich
03 / 2020 Seite 66
Pro-Physik-Mitglieder

Inspiration und Faszination

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Rica Thißen
03 / 2020 Seite 67
DPG-Mitglieder

Ein Tag für die Physik

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03 / 2020 Seite 71
DPG-Mitglieder

Wochenendseminar „Physiker*innen im Beruf

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03 / 2020 Seite 83
DPG-Mitglieder

Jobbörse

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Tagungen

Katrin F. Domke, Julia Kunze-Liebhäuser, Marialore Sulpizi
03 / 2020 Seite 68
DPG-Mitglieder

Operando surface science – Atomistic insights into electrified solid/liquid interfaces

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Sergej Flach, Jürgen Kurths, Mikhail Ivanchenko
03 / 2020 Seite 68
DPG-Mitglieder

Quantization of Dissipative Chaos: Ideas and Means

weiterlesen
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Christian Pfleiderer und Peter Hatton
03 / 2020 Seite 68
DPG-Mitglieder

Skyrmions in magnetic ­materials

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Matthias Althammer und Henning Ulrichs
03 / 2020 Seite 69
DPG-Mitglieder

Spin Transport in Complex Magnetic Structures

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Gertrud Zwicknagl
03 / 2020 Seite 69
DPG-Mitglieder

Fermi Surface and Novel Phases in Strongly Correlated Electrons Systems

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03 / 2020 Seite 70
DPG-Mitglieder

Tagungskalender

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Rubriken

03 / 2020 Seite 72
DPG-Mitglieder

Notizen

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