Mai 2019

Mikrocontroller wie der Arduino erlauben es, Messwerte verschiedenster Sensoren zu erfassen und weiterzuverarbeiten. (Bild: Fotolia / maciek905, vgl. S. 26)

Meinung

Horst Hippler
05 / 2019 Seite 3

Ein DEAL für die Wissenschaft

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Aktuell

Alexander Pawlak
05 / 2019 Seite 6
DPG-Mitglieder

Der dritte Lauschangriff auf den Kosmos

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Kerstin Sonnabend
05 / 2019 Seite 7
DPG-Mitglieder

Eckpunkte für den Rahmenplan

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Alexander Pawlak
05 / 2019 Seite 8
DPG-Mitglieder

Doktor (FH)?

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Kerstin Sonnabend
05 / 2019 Seite 9
DPG-Mitglieder

Mehr Investitionen, mehr Reformen

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05 / 2019 Seite 9
DPG-Mitglieder

DFG: Neue Schwerpunkt­programme

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Kerstin Sonnabend
05 / 2019 Seite 9
DPG-Mitglieder

Führungsstil als Auswahl­kriterium

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Maike Pfalz
05 / 2019 Seite 10
DPG-Mitglieder

„Wir müssen stärker mögliche Alternativen berücksichtigen.“

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Matthias Delbrück
05 / 2019 Seite 12
DPG-Mitglieder

USA

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Leserbriefe

Thomas Dörfler / Jürgen Friedrich
05 / 2019 Seite 13
DPG-Mitglieder

Zur Sektorkopplung

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High-Tech

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Brennpunkt

Matthias Steinmetz
05 / 2019 Seite 16
Pro-Physik-Mitglieder

Die Hubble-Kontroverse

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Florian Grüner
05 / 2019 Seite 17
DPG-Mitglieder

Mehr Schub mit Plasmawellen

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Daniel Bemmerer
05 / 2019 Seite 20
DPG-Mitglieder

Abgebremst und aussortiert

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Bildung und Beruf

Maike Pfalz
05 / 2019 Seite 24
DPG-Mitglieder

„Technologie und Innovation liegen im Herzen der Deutschen Telekom. “

Direkt nach Abschluss des Physikstudiums wechselte Claudia Nemat (50) zur Unternehmensberatung McKinsey & Company – eigentlich mit dem Ziel, in kurzer Zeit verschiedene Bereiche der Industrie kennenzulernen. Sie blieb 17 Jahre, bevor sie 2011 in den Vorstand der Deutschen Telekom AG berufen wurde.

Wie kamen Sie damals zu McKinsey?

Durch Zufall. McKinsey hat im Institut für theoretische Physik der Uni Köln einen Workshop veranstaltet und Studierende aller Fachrichtungen eingeladen. Fasziniert hat mich, dass in der Unternehmensberatung Menschen aus Physik, Mathematik, Biologie, Chemie, BWL, Musik oder Philosophie zusammenarbeiten. Das fand ich so anregend, dass ich mich aus Neugierde beworben habe.

Und Sie sind lange geblieben…

Ursprünglich wollte ich mir nach zwei, drei Jahren etwas anderes suchen. Aber dann hat mir der Job so viel Freude gemacht, dass ich geblieben bin.
Würden Sie den Berufseinstieg über die Unternehmensberatung generell empfehlen?
Für jemanden, der allgemein an vielen Dingen interessiert ist und noch nicht genau weiß, was er machen möchte, bietet die Unternehmensberatung einen sehr guten Einstieg. Dort entwickelt man sich schnell weiter und lernt innerhalb kürzester Zeit sehr unterschiedliche Dinge.

Nämlich?

Problemlösen in der Praxis. Außerdem lernen junge Consultants früh unterschiedlich große Unternehmen der verschiedensten Branchen kennen – sei es Finanzwesen, Telekommunikation oder Hightech.

Wen haben Sie beraten?

Beispielsweise Telekommunikationsunternehmen in der ganzen Welt, aber auch SAP, Siemens, Venture Capital Funds oder Automobilhersteller.
2011 wurden Sie in den Vorstand der Telekom berufen. Was hat Sie daran gereizt?
Ich hatte schon vorher Jobs im Krisenmanagement bei der Deutschen Telekom übernommen. 2004 war beispielsweise ein großes IT-Projekt, bei dem es darum ging, ein System zur Auszahlung von Arbeitslosengeld zu entwickeln, auf einen kritischen Pfad geraten. Daraufhin hatte mich der damalige Vorstandsvorsitzende der Telekom angerufen. Ich bin ein sehr praktisch anpackender Mensch, deswegen hat es mich gereizt, auf Dauer Projekte durchzuführen statt nur Rat zu geben. Das kam aber nicht plötzlich, sondern hat sich über die Jahre entwickelt. 

War es für Sie von Vorteil, dass Sie die Telekom schon kannten?

(...)

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Lehre

Alexander Pusch
05 / 2019 Seite 26
Pro-Physik-Mitglieder

Arduino im Physikunterricht

Ein Blick in Geräte mit Stecker oder Akku zeigt: Mikrocontroller verschiedenster Art sind weit verbreitet und bereits lange in unserem Alltag angekommen. Sie fallen uns zudem als „eingebettete Systeme“, beispielsweise in Kaffeemaschinen, Armbanduhren, Spielzeugen, im Auto oder im „Smart-Home“, oft kaum noch auf.

Mittels der gerade im Hobby- und Bildungsbereich populären Mikrocontroller wie dem Arduino oder dem Raspberry Pi lassen sich auf sehr günstige und transparente Art Messwerte verschiedenster Sensoren erfassen und weiterverarbeiten (Infokasten). Sie können dadurch einen wertvollen Beitrag zur computer­gestützten Messwerterfassung im modernen Physikunterricht liefern. Die dabei erworbenen Kenntnisse kommen auch anderen kreativen Projekten in Schule, Schülerforschungswettbewerben oder Freizeit zugute, z. B. der Robotik oder Heim­automation.
Vor dem Einsatz von Mikrocontrollern im Physik­unterricht müssen die (angehenden) Lehrkräfte und auch Schülerinnen und Schüler allerdings zunächst die Grund­lagen  erlernen. Dies ist leider – trotz vieler guter Dokumentationen und einer zu Beginn recht steilen Lernkurve – oft eine zunächst komplexe und unübersichtliche Aufgabe. Sie kann zuweilen auch durch unbekannte Programmiersprachen und Hardwarekomponenten sowie eine Vielzahl potenzieller Fehlerquellen abschreckend und frustrierend wirken.

Vor dem Hintergrund dieser Herausforderung soll dieser Beitrag das Potenzial des Einsatzes von Mikrocontrollern wie dem Arduino im Physikunterricht sowie mögliche Schwierigkeiten erläutern. Um die Grundlagen der Programmierung an einfachen Projekten wie Temperatur-, Lichtstärke- und Abstandsmessungen zu lernen, bietet sich ein mit Studierenden und Lehrkräften sowie Schülerinnen und Schülern erprobtes Konzept an. (...)

 

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Überblick

Richard Zeltner, Shangran Xie und Philip St. J. Russell
05 / 2019 Seite 30
DPG-Mitglieder

Berührungslos manipuliert

Optische Fallen sind elegante Werkzeuge, um mikroskopische Objekte ohne physischen Kontakt zu manipulieren. Üblicherweise entsteht eine solche Falle durch die Fokussierung eines oder mehrerer Laserstrahlen im freien Raum. Allerdings limitiert die Diffraktion des Laserstrahls oder der Bildbereich der Optiken die Manipulationsreichweite. Photonische Hohlkernfasern bieten einen Ausweg aus diesem Dilemma und eröffnen interessante Perspektiven, um Partikel über lange Distanzen rein optisch zu bewegen.

Optische Fallen erlauben es, Objekte zu manipulieren, die deutlich kleiner sein können als die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts [1, 2]. Die dabei wirkenden Kräfte unterteilen sich in eine Streukraft, die aus dem Strahlungsdruck des Lichts resultiert, und eine Gradientenkraft. Während die Streukraft immer entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichts wirkt, hängt die Orientierung der Gradientenkraft vom Brechungsindex des Objekts und dem des umgebenden Mediums ab. In den meisten Experimenten besitzt das Objekt eine größere optische Dichte als das Medium. In diesem Fall zieht die Gradientenkraft das Objekt in den Bereich der höchsten Intensität.

Die wohl etabliertesten Arten von optischen Fallen sind die Zweistrahlfalle und die optische Pinzette (Abb. 1). Zwei gegenläufige und schwach fokussierte Laserstrahlen erzeugen eine Zweistrahlfalle. Während die Gradientenkraft das Partikel lateral auf der optischen Achse gefangen hält, gleichen sich die entgegengesetzten Streukräfte der beiden Laserstrahlen aus, sodass auch in der axialen Richtung eine Falle entsteht. Durch Ändern des Verhältnisses der Laserleistungen lässt sich das Partikel axial verschieben. Für eine optische Pinzette ist dagegen nur ein einziger, stark fokussierter Laserstrahl nötig, der einen enormen axialen Intensitätsgradienten aufweist. Daraus resultiert eine axiale Komponente der Gradientenkraft, die groß genug ist, um die Streukraft auszugleichen und das Teilchen entlang der optischen Achse zu fangen. Gleichzeitig zieht auch hier die laterale Komponente der Gradientenkraft das Partikel zum Strahlzentrum. Wird die Position des Fokus verändert, „folgt“ das gefangene Teilchen. Optische Pinzetten ermöglichen es somit, Partikel einzufangen und in allen drei Dimensionen zu bewegen. (...)

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Kurt Aulenbacher
05 / 2019 Seite 36
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Energierecycling für Beschleuniger

Bremst ein Auto bis zum Stillstand ab, wandelt sich
seine kinetische Energie über die Reibung der
Bremsen in Wärme um – und geht für die weitere Fahrt verloren. Ähnliches passiert, wenn ein Elektronenstrahl im „Beamdump“ einer Beschleuniger-
anlage gestoppt wird. Lässt sich die Energie auch weiter nutzen?

In Deutschland waren zu Beginn des letzten Jahres fast 240 000 PKW mit einem Hybridantrieb registriert. Der Zuspruch für diese Technik, bei der die kinetische Ener­gie des Fahrzeugs beim Bremsen in elektrische Ener­gie zurückgewandelt werden kann, hat sich aber erst in den letzten Jahren entwickelt, seit der Kraftstoffverbrauch beim Autofahren vermehrt im Fokus steht. Dabei gab es schon zu Beginn des automobilen Zeitalters die ersten Prototypen für Hybrid-PKW (Abb. oben). Zu einer ähnlichen Situation kommt es derzeit auch in der Beschleunigerphysik: Obwohl Maury Tigner bereits 1965 das Prinzip eines „Energy-Recovery Linac“ (ERL) vorgeschlagen hat [1], gingen Prototypen erst vor knapp 20 Jahren in Betrieb [2]. Ein Grund für die Renaissance der Idee ist der Wunsch nach immer höheren Intensitäten bei beschleunigergestützten Experimenten.

Spektakuläre Ergebnisse wie die Entdeckung des Higgs-Bosons am Large Hadron Collider des CERN [3, 4] sind häufig erst möglich, wenn an einer durch die Ener­gie der beschleunigten Strahlen gesetzten Grenze, der „Energy frontier“, gearbeitet wird. Um diese Energiegrenze weiter nach oben zu verschieben – und beispielsweise nach Physik jenseits des Standardmodells zu suchen – sind Beschleuniger mit immer höheren Energien notwendig. Diese werden immer größer und sind nur noch durch eine weltweit koordinierte Anstrengung vieler Länder zu errichten, wobei Planung und Aufbau mehr als zehn Jahre benötigen. Auch der Betrieb dieser Anlagen ist aufwändig und teuer – und nicht dauerhaft von einer einzelnen Institution zu tragen. (...)

 

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Physik im Alltag

Bernd Müller
05 / 2019 Seite 42
DPG-Mitglieder

Das Gesicht als Passwort

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Menschen

05 / 2019 Seite 45
DPG-Mitglieder

Personalien

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Ingo Peschel und Ludger Wöste
05 / 2019 Seite 50
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Klaus-Dieter Schotte

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Herwig G. Paretzke und Joachim Breckow
05 / 2019 Seite 51
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Dietrich Harder

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Maike Pfalz
05 / 2019 Seite 53
DPG-Mitglieder

„Wir können das Teleskop von jedem Ort aus steuern.“

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Rezensionen

Alexander Pawlak
05 / 2019 Seite 54
DPG-Mitglieder

Andreas Müller: Die Wissenschaft schlägt zurück

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Wolfgang E. Ernst
05 / 2019 Seite 54
DPG-Mitglieder

Giorgio Benedek und Jan Peter Toennies: Atomic Scale Dynamics at Surfaces

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DPG

05 / 2019 Seite 22
DPG-Mitglieder

1st DPG Fall Meeting

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05 / 2019 Seite 44
DPG-Mitglieder

DPG-Fachleitertagung

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05 / 2019 Seite 52
DPG-Mitglieder

DPG-Schülertagung

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Sabrina Patsch, Phila Rembold, Daniel Basilewitsch, Marco Rossignolo und Enrico Stein
05 / 2019 Seite 56
DPG-Mitglieder

jDPG: Vom Hacken und Kontrollieren

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Bernhard Nunner
05 / 2019 Seite 56
DPG-Mitglieder

Wahlen zum DPG-Vorstand

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05 / 2019 Seite 57
DPG-Mitglieder

Ausschreibung Highlights der Physik 2021

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05 / 2019 Seite 61
DPG-Mitglieder

Max-von-Laue-Kolloquium

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Tagungen

David DiVincenzo, Stefan Filipp, Dr. Andreas Fuhrer und Frank Wilhelm-Mauch
05 / 2019 Seite 58
DPG-Mitglieder

Scalable Hardware Platforms for Quantum Computing

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Benjamin Friedrich, Veikko Geyer und Timo Strünker
05 / 2019 Seite 58
DPG-Mitglieder

Physics and physiology of motile cilia

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Ute Kraus und Corvin Zahn
05 / 2019 Seite 58
DPG-Mitglieder

General Relativity as a Challenge for Physics Education

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Ralf Bausinger
05 / 2019 Seite 59
DPG-Mitglieder

DPG-Schule der AG Physikalische Praktika

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05 / 2019 Seite 60
DPG-Mitglieder

Tagungskalender

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4 Methoden, um Niederdruck-Gasströmungen zu modellieren

Vakuum- und Niederdrucksysteme werden für unterschiedliche Zwecke, wie Elektronenmikroskope oder in der Halbleiterherstellung, eingesetzt. Forscher und Entwickler, die mit Vakuumsystemen arbeiten, nutzen verstärkt Simulation für eine effizientere Entwicklung und zur Reduktion kostspieliger Prototypen.

 

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