Mai 2016

Elektronische Mikrosysteme ­ver­bessern Diagnose und Rehabili­tation in der Augenheilkunde. (Bild: Fotolia / ra2_studio, vgl. S. 33)

Grußwort

Rolf-Dieter Heuer
05 / 2016 Seite 3

Faszination für Physik von klein auf

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Aktuell

Kerstin Sonnabend
05 / 2016 Seite 6

Vom Gehirn inspiriert

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Alexander Pawlak
05 / 2016 Seite 7

Leben, wie wir es (noch) nicht kennen

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Maike Pfalz
05 / 2016 Seite 8

Empfohlene Astroteilchenphysik

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Kerstin Sonnabend
05 / 2016 Seite 10

Frischer Wind für Strom und Energie

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Anja Hauck
05 / 2016 Seite 11

Zufriedene Wissenschaftler

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Maike Pfalz
05 / 2016 Seite 12

Polymere und Atmosphäre auf dem Prüfstand

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Kerstin Sonnabend
05 / 2016 Seite 13

Forschung gegen Konflikte

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Matthias Delbrück
05 / 2016 Seite 13

Indiens Weg zur Exzellenz?

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Rainer Scharf
05 / 2016 Seite 14

USA

OSA wird 100
Nobelpreisträger gegen HEU-Nutzung

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Im Brennpunkt

Alexander D. Mirlin und Jörg Schmalian
05 / 2016 Seite 18

Elektronen im Fluss

In Graphen können Elektronen auch hydrodynamisches Verhalten zeigen.

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Malte C. Kaluza
05 / 2016 Seite 20

Die nächste Stufe der Beschleunigung

Zwei kompakte Plasmabeschleuniger erreichen mit der richtigen Kopplung höhere Elektronenenergien.

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Bruno Eckhardt
05 / 2016 Seite 21

Über Perkolation zur Turbulenz

Die raumzeitliche Dynamik turbulenter Flecken in ausgedehnten Systemen deutet gerichtete Perkolation an.

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DPG

Maike Pfalz
05 / 2016 Seite 25

Vom CERN an die Spitze der DPG

Am 5. April fand in Berlin die Amtsübergabe des DPG-Präsidenten statt.

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Überblick

Andreas Fleischmann, Loredana Gastaldo, Sebastian Kempf und Christian Ens
05 / 2016 Seite 27

Sie messen, was sie heiß macht

Das extrem hohe Auflösungsvermögen magnetischer Kalorimeter sowie ihre universelle Anwendbarkeit für Strahlung und Materie machen sie zu einzigartigen Werkzeugen in unterschiedlichsten Präzisionsexpe­rimenten. Auf zahlreichen Gebieten, die von der Neutrinophysik über die Röntgenspektroskopie bis zur nuklearen Forensik reichen, gelang es bereits, ihr vielversprechendes Potenzial unter Beweis zu stellen.

Die Entwicklung bolometrischer und kalori­metrischer Tieftemperaturdetektoren ist seit jeher durch ein breites Spektrum an Anwendungen in der Grundlagenforschung motiviert: die Vermessung der kosmischen Hintergrundstrahlung, der direkte Nachweis Dunkler Materie, die Messung des Sonnenneutrinospektrums, die Röntgenastronomie und viele andere. Die daraus resultierende Detektortechnologie hat inzwischen in vielen Gebieten Einzug gehalten. Sie erobert zudem immer weitere Anwendungsfelder wie die Atom- und Schwerionenphysik, die nukleare Forensik, die Materialanalyse oder die Radiometrologie. Ohne Übertreibung kann man sagen, dass die Ära der kryogenen Mikrokalorimeter begonnen hat. Für bestimmte Experimente stellen sie heute eine Schlüsseltechnologie dar, da sie diverse Messungen überhaupt erst ermög­lichen.

Mikrokalorimeter für die hochauflösende Röntgenspektroskopie schließen heute auf beeindruckende Weise die große Lücke zwischen Kristallspektrometern, die zwar ein exzellentes Auf­lösungsvermögen besitzen, aber auf einen kleinen Wellenlängenbereich eingeschränkt sind, und breitbandigen Ionisationsdetektoren, deren Auflösungsvermögen deutlich schlechter ist. Die derzeit führenden Mikrokalorimeter verwenden Temperatursensoren auf der Basis von supraleitenden Phasenübergangssensoren (TES), hochdotierten Halbleiter-Thermistoren (NTD) und metallischen Paramagneten (MMC) [1]. Die maßgeblich am Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg vorangetriebenen magnetischen Kalorimeter (MMC) zeichnen sich gegenüber TES- und NTD-basierten Detektoren insbesondere durch die einzigartige Kombination aus hoher Energieauflösung, kurzer Signalanstiegszeit und exzellenter Linearität aus. Des Weiteren stellt die zuverlässige Modellierbarkeit der Sensoreigenschaften und die damit verbundene Möglichkeit der analytischen Optimierung einen entscheidenden Vorteil dar, um Detektoren für verschiedenste Teilchensorten und Energiebereiche zu entwickeln. Um die notwendigen Betriebstemperaturen von unter 50 mK zu erreichen, kommen trockene 3He/4He-Verdünnungskryostate zum Einsatz, die sich ohne kryogene Flüssigkeiten vollautomatisiert quasi als Ein-Knopf-System betreiben lassen. ...

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Thomas Stieglitz, Linda Rudmann und Juan S. Ordoñez
05 / 2016 Seite 33

Mikrosysteme ins Auge gefasst

Die Möglichkeit, komplexe elektronische Systeme zu miniaturisieren, hat in der Augenheilkunde zu neuartigen Verfahren geführt. So ist es möglich, den Augeninnendruck kontinuierlich zu messen oder biochemische Daten wie den Blutzucker zu ermitteln. Die technische, elektrische Stimulation von Zellen der Netzhaut erlaubt es, eine Erblindung zu vermeiden oder ein beschränktes Maß an Sehvermögen wiederherzustellen. Allerdings sind die Herausforderungen an Materialien und Fertigungstechniken für Medizinprodukte am und im Auge sehr hoch.

Sehen, hören, begreifen – nicht nur im Alltag erleben wir immer wieder, wie wichtig unsere Sinne sind und wie unsicher wir werden, wenn wir beispielsweise nichts sehen können. Auch in Religion und Strafgeschichte, Literatur und Film gibt es unglaubliche Geschichten, die uns anrühren und zum Staunen bringen. Zwischen dem Historienroman „Der Medicus“ von Noah Gordon und der Science Fiction Saga „Star Trek“ liegen mehr als tausend Jahre – die Beschreibung des Starstechens im Mittel­alter und die Sehprothese von Jordi LaForge faszinieren jedoch gleichermaßen. Technische Hilfsmittel kommen schon seit Jahrhunderten in der Augenheilkunde zum Einsatz – Miniaturisierung und Elektrisierung haben in jüngster Vergangenheit zu großen Fortschritten und neuen Möglichkeiten geführt. Die Mikrosystemtechnik ist eine Schlüsseltechnologie für komplexe Systeme mit kleinsten Abmessungen. Welche Möglichkeiten sich hieraus für die Diagnose, Therapie und Rehabilitation von Erkrankungen des Auges bzw. des kompletten Sehsystems ergeben, erklären die folgenden Beispiele, die entweder schon als Medizinprodukt auf dem Markt verfügbar sind oder sich momentan in klinischen Studien für eine Zulassung befinden.

Zielsetzung der Medizin ist es, Krankheiten zu erkennen (Diagnostik), zu behandeln (Therapie) oder Funktionen zumindest teilweise zu ersetzen, wenn eine Heilung nicht möglich ist (Rehabilitation). Mediziner setzen in der Diagnose technische Hilfsmittel ein, um diejenigen physikalischen oder biochemischen Größen am oder im Körper zu messen, mit denen sich die jeweilige Organfunktion oder eine Abweichung vom Normalzustand am besten beschreiben lässt. Im Falle einer Therapie unterstützt die Technik beispielsweise eine Medikamentenabgabe oder stimuliert Nervenzellen elektrisch. Dabei bestimmen das biologische Zielorgan und die Erkrankung, welche Messgröße bekannt sein muss, an welcher Stelle das medizintechnische System anzuwenden ist und wie eine Wechselwirkung mit dem Zielorgan auszusehen hat. Gerade in der Augenheilkunde ist der Raum, den ein technisches System einnehmen darf, sehr begrenzt. Erst die Miniaturisierung ermöglicht daher Systeme, die klein genug sind, um sie am oder im Auge mit möglichst geringen Nebenwirkungen einzusetzen. ...

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Geschichte

Michael Eckert
05 / 2016 Seite 41
Pro-Physik-Mitglieder

Der Quantenhimmel voller Geigen

Vor hundert Jahren, am 11. Mai 1916, starb Karl Schwarzschild. Begriffe wie „Schwarzschild-Metrik“ oder „Schwarzschild-Radius“ erinnern an ihn als Pionier der modernen Gravitationsphysik. Weniger bekannt ist sein Beitrag „Zur Quantenhypothese“, so der Titel seiner letzten Arbeit. Arnold Sommerfeld nannte Schwarzschild einen „Pfadfinder“ auf diesem im Jahr 1916 „noch reichlich dunklen Gebiete“.

Im November 1915 fand Albert Einstein die endgültige Form seiner Allgemeinen Relativitätstheorie. Einen Monat später präsentierte Karl Schwarzschild bereits eine exakte Lösung der Feldgleichungen für ein kugelförmiges Gebilde, das man später Schwarzes Loch nannte. Zum 100. Geburtstag der Allgemeinen Relativitätstheorie kam neben Einstein auch Schwarzschild als ­Pionier der modernen Gravitations­physik zu Ehren [1]. Vor genau hundert Jahren leistete er mit seiner letzten Veröffentlichung einen entscheidenden Beitrag zur Atom- und Quantentheorie.

Karl Schwarzschild kam am 9. Oktober 1873 in Frankfurt am Main zur Welt [2]. Er zeigte schon früh eine große technische und mathematische Begabung. Mit einem Rohr aus zusammengerollten Zeitungen, das er im Innern schwärzte, bastelte er ein Teleskop, um damit seinen Geschwistern die Saturnringe zu zeigen. Als 16-jähriger Schüler verfasste er eine Arbeit über die Bahnbestimmung von Himmelskörpern und schickte sie an die Astronomischen Nachrichten. Sie wurde veröffentlicht – und in der Familie voller Stolz immer wieder vorgelesen, obwohl niemand außer Karl auch nur ein Wort davon verstand, wie sich sein Bruder erinnerte. Als er im Mathe­matikunterricht einmal seine Logarithmentafeln vergessen hatte, behalf er sich damit, die benötigten Werte aus einer Reihenentwicklung selbst zu berechnen. Nach dem Abitur zog er 1891 nach Straßburg, um dort Astronomie zu studieren. ...

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Physik im Alltag

Michael Vogel
05 / 2016 Seite 46

Von Start bis Ziel erfasst

Bei sportlichen Massenveranstaltungen wie Volksläufen erfolgt die Zeitnahme mit Hilfe von Transpondern.

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Menschen

05 / 2016 Seite 48

Personalien

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Kay Sowoidnich, Bernd Sumpf, Heinar Schmidt und Martin Maiwald
05 / 2016 Seite 52

Zum Gedenken an Heinz-Detlef Kronfeldt

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Ernst Schmutzer
05 / 2016 Seite 53

Nachruf auf Gerhard Weber

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Hardo Bruhns, Karl Lackner, Friedrich Wagner und Michael Watkins
05 / 2016 Seite 54

Zum Gedenken an Martin Keilhacker

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Alexander Pawlak
05 / 2016 Seite 55

"Das will ich auch!"

Interview mit Claudia Behnke

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Bücher/Software

Stefan L. Wolff
05 / 2016 Seite 56

H. Maier, Chemiker im Dritten Reich

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Rubriken

05 / 2016 Seite 58

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.

VACCU PURE 10

Lernen Sie VACUU·PURE 10 kennen.

Erleben Sie unsere neue HiScroll – die ölfreien Vakuumpumpen von Pfeiffer Vacuum

Die HiScroll Serie besteht aus drei ölfreien und hermetisch dichten Scrollpumpen mit einem nominellen Saugvermögen von 6 – 20 m³/h. Die Pumpen zeichnen sich insbesondere durch ihre hohe Leistung beim Evakuieren gegen Atmosphäre aus. Ihre leistungsstarken IPM*-Synchronmotoren erzielen einen bis zu 15% höheren Wirkungsgrad in Vergleich zu konventionellen Antrieben.

*Interior Permanent-Magnet

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