November 2018

Smart experimentieren lässt sich mit dem Mobiltelefon nicht nur in Vorlesungen zur Experimentalphysik, sondern auch im Science Center phaeno. (Bild: Science Center phaeno / Janina Snatzke; vgl. S. 35)

Meinung

Michael Schreckenberg
11 / 2018 Seite 3

Welchen Weg nimmt das autonome Fahren?

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Aktuell

Maike Pfalz
11 / 2018 Seite 6
DPG-Mitglieder

Von optischen Pinzetten und hochintensiven Laserpulsen

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Maike Pfalz
11 / 2018 Seite 7
DPG-Mitglieder

Exzellenz im Cluster

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Fraunhofer / Maike Pfalz
11 / 2018 Seite 8
DPG-Mitglieder

Mikroelektronik aus der Fabrik

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Kerstin Sonnabend
11 / 2018 Seite 10
DPG-Mitglieder

Von rasenden Herzen und ballverliebten Robotern

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Maike Pfalz
11 / 2018 Seite 11
DPG-Mitglieder

Quantentechnologien marktreif machen

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Kerstin Sonnabend
11 / 2018 Seite 13
DPG-Mitglieder

Den ersten Schritt erfolgreich gemeistert

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Alexander Pawlak
11 / 2018 Seite 14
DPG-Mitglieder

Brücken schlagen mit Physik

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Alexander Pawlak / U Heidelberg
11 / 2018 Seite 15
DPG-Mitglieder

Der Geburtsort der Spektralanalyse

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Kerstin Sonnabend
11 / 2018 Seite 16
DPG-Mitglieder

Blick in die Zukunft

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Kerstin Sonnabend / ERC
11 / 2018 Seite 18
DPG-Mitglieder

ERC plant mit zwei Milliarden

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Matthias Delbrück
11 / 2018 Seite 18
DPG-Mitglieder

Neu auf der Roadmap

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Anja Hauck / MPIfR
11 / 2018 Seite 19
DPG-Mitglieder

Die Sterne genau im Blick

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Matthias Delbrück
11 / 2018 Seite 20
DPG-Mitglieder

Mehr Geld für die Quanten-Hubs

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Kerstin Sonnabend / CTA
11 / 2018 Seite 20
DPG-Mitglieder

Das erste von 120 Teleskopen

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Kerstin Sonnabend
11 / 2018 Seite 21
DPG-Mitglieder

USA

Gegen Klimawandel arbeiten / Ohne Kreisel nicht stabil / Weniger international

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Leserbriefe

Tobias Ziegler
11 / 2018 Seite 23
DPG-Mitglieder

Verwirrende Kräfte

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High-Tech

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Im Brennpunkt

Kai Wünnemann
11 / 2018 Seite 26
Pro-Physik-Mitglieder

Strahlenkrater im Labor

Erstmals ließen sich die charakteristischen Merkmale von Strahlenkratern experimentell reproduzieren.

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Dominik Horinek
11 / 2018 Seite 28
DPG-Mitglieder

Für ein Leben unter Druck

Röntgenstreuung zeigt, wie bestimmte organische Verbindungen Meerestieren helfen, in einer unwirtlichen Umgebung zu überleben.

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Forum

Kerstin Sonnabend
11 / 2018 Seite 30
DPG-Mitglieder

Erfolgsgeschichte im Wandel der Zeit

Es ist das Jahr, in dem bei der Apollo 8-Mission erstmals Menschen den Mond umkreisen. Die Physik verliert mit Lise Meitner, Otto Hahn und Hertha Sponer drei große Persönlichkeiten. Weltweit prägen gesellschaftliche Umwälzungen das Bild eines epochemachenden Jahres: 1968. Historiker und Politikwissenschaftler mögen darüber streiten, ob die damals angestoßenen Entwicklungen heute eher positive oder negative Folgen haben – viele der 1968er-Ereignisse wirken auf jeden Fall bis in unsere Zeit nach.

Auch in der deutschen Hochschullandschaft hat vor 50 Jahren ein Wandel eingesetzt, der bis heute andauert. Schon zu Beginn der 1960er-Jahre hatte der Wissenschaftsrat empfohlen, die Idealvorstellung einer „vollständigen Universität“ im Humboldtschen Sinne aufzubrechen: Die Hochschulen sollten Schwerpunkte entwickeln und spezielle Forschungsgebiete erschließen. Das erforderte ein Umdenken in Forschung und Lehre, aber auch in Berufungsfragen. Finanzielle Anreize setzte in dieser Zeit des Wandels die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) mit einem neuen Förderprogramm. Die Sonderforschungsbereiche (SFB) zeichneten sich durch damals noch schockierend neue Ziele aus: Es galt, das exzellente Forschen im Verbund und das Setzen von Schwerpunkten an Hochschulen voranzutreiben.
An diese Ideen mussten sich die antragstellenden Professoren erst gewöhnen. Das zeigen die noch sehr breit aufgestellten Titel der ers­ten bewilligten Sonderforschungsbereiche – in der Physik der SFB 39 „Meteorologie“ der Freien Universität Berlin. Dessen erster Sprecher, Richard Scherhag, hatte das Meteorologische Institut ab 1949 aufgebaut und war seit den 1950er-Jahren für Wettervorhersagen und -warnungen in West-Berlin zuständig. Für den Begründer der Berliner Wetterkarte,1) einer leicht verständlichen, täglich erscheinen­den Beschreibung der aktuellen Wetterlage, war das Einwerben eines Sonderforschungsbereichs eine große Ehre und Krönung seines Lebenswerks, wie sein Schüler Horst Malberg 2007 anlässlich des Gedenkkolloquiums zu Scherhags 100. Geburtstag betonte...

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Lehre

Sebastian Staacks, Heidrun Heinke und Christoph Stampfer
11 / 2018 Seite 35
Pro-Physik-Mitglieder

Smarte Experimente

In den meisten Physikstudiengängen bildet die Vorlesung zur Experimentalphysik die zentrale Einführung. Dabei stellen Studierende jedoch schnell fest, dass das „Experiment“ im Titel der Veranstaltung lediglich Demonstrationsversuchen geschuldet ist, sie aber nicht selbst experimentieren dürfen. Da es unmöglich ist, alle Studierenden mit Messgeräten auszustatten, schauen sie den Vorführungen passiv zu und bekommen erst in den physikalischen Praktika die Möglichkeit, selbst Versuche durchzuführen. Die eigenständige Experimentiererfahrung wird losgelöst vom Vorlesungsstoff gesammelt.

Eine Alternative bietet das Einbinden Smartphone-basierter Experimente [1, 2] in den Vorlesungs- und Übungsablauf. Nahezu alle Studierenden bringen heute in Form ihrer Smartphones eigene Messgeräte mit, die über zahlreiche Sensoren verfügen, welche die Mechanik breit abdecken. Je nach Modell gibt es Hellig­keits-, Magnetfeld-, Beschleunigungs- und Dreh­ratensensoren, Mikrofone, GPS sowie Luftdrucksensoren. Mikrofon und Beschleunigungssensor sind in jedem Gerät vorhanden. Die Verfügbarkeit anderer Sensoren hängt vom Modell ab, reicht aber meist aus, um in Gruppenarbeit alle Studierenden zu erreichen.
Ausgehend von dieser Beobachtung bekamen die Studierenden im Bachelorstudiengang Physik an der RWTH Aachen im Wintersemester 2016/17 experimentelle Aufgaben, die mit Smartphones sowie haushaltsüblichen Materialien durchzuführen waren. Für die Erfassung und Verarbeitung der Daten hatten sie eine eigens dafür an der RWTH Aachen entwickelte App zur Verfügung: phyphox [3]. Die Aufgaben waren Teil der Übungsaufgaben, die gleichzeitig Zulassungsvoraussetzung für die Klausur waren. Die Studierenden konnten auf freiwilliger Basis klassische Aufgaben durch Smartphone-Experimente ersetzen...

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Überblick

Falko Ziebert und Igor M. Kuli
11 / 2018 Seite 41
DPG-Mitglieder

Frustriert in Bewegung

Mechanische Verspannungen gibt es in vielen Systemen kondensierter Materie, bedingt durch Material­eigenschaften oder die Geometrie. Wenn dann durch den Bruch einer kontinuierlichen Symmetrie so genannte weiche Moden auftreten, können sich die Systeme aufgrund der Verspannung selbstständig bewegen oder als Motoren und Schalter agieren. In biologischen Systemen ist das Konzept bereits umgesetzt, beispielsweise beim flagellaren Haken von Bakterien.

Im Englischen sind „Bologneser Glastränen“ auch heute noch als Prince Rupert‘s Drops bekannt: Ruprecht von der Pfalz hatte die Glastropfen am Hof des englischen Königs Karls II. im 17. Jahrhundert vorgeführt (Abb. 1). Der laute Knall, mit dem sich der Tropfen nach einem schnellen Fingergriff in Staub auflöste, hat wohl auch den anwesenden Robert Hooke fasziniert: Er versuchte, das Verhalten der Glastränen zu erklären, die beim schnellen Abschrecken heißer Glaströpfchen in Öl oder Wasser entstehen. Ohne die Erkenntnisse der Elastizitätstheorie – die Hooke später inklusive des bekannten Hookeschen Gesetzes entwickeln sollte – oder das Wissen um die Struktur von Gläsern und die thermischen Effekte beim Abschrecken erkannte der Zeitgenosse und Konkurrent Sir Isaac Newtons, dass es sich bei dem Tropfen um ein intern zutiefst verspanntes Material handeln musste. Auch wenn die „Explosion“ des Tropfens bis heute nicht im Detail verstanden ist [1], wissen wir inzwischen um die fundamentale Bedeutung mechanischer Frustration und die damit einhergehenden Verspannungen in vielen Materialien und Systemen.
Physikalisch gesehen stellen Verspannungen interne Kräfte dar. Sie treten auf, sobald Materialeigenschaften mit Geometrie oder Topologie inkompatibel sind. Typischerweise entstehen sie während des Aufbaus eines Objekts (Infokasten Verspannte Materialien und Frustration). Etwas abstrakter kann man sich auch vorstellen, dass ein Körper mit nicht-euklidischer innerer Geometrie in den flachen Euklidischen Raum gezwängt wird [2]: Der Körper muss sich bestmöglich mit der flachen Metrik des umgebenden Raumes arrangieren. Die damit verbundene Frustration führt zu vielen interessanten Phänomenen. In einigen Fällen hält das Mate­rial der Frustration nicht stand und löst sich bei geringer Perturbation in Staub auf, wie die Bologneser Glastränen. Verspannungen können aber auch sehr nützlich sein. Klassische Beispiele sind der Spann­beton, bei dem eine Vorspannung des Stahlgerüsts die Bildung von Rissen und Deformationen des Betons stark reduziert, und das für Displays verwendete Gorilla-Glas, an dessen Oberfläche ein Ionenaustausch in der Schmelzphase eine Spannung erzeugt, die ebenfalls der Rissbildung entgegenwirkt. Auch in biologischen Systemen entstehen durch Wachstumsprozesse Strukturen, die intern verspannt sind. Diese Verspannungen sind für viele Lebensprozesse wichtig [3]...

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David J. Luitz und Frank Pollmann
11 / 2018 Seite 47
DPG-Mitglieder

Lokalisierung statt Thermalisierung

Unordnung in wechselwirkenden Quantensystemen bricht die Translationsinvarianz und zerstört somit Symmetrien. In der Beschreibung der klassischen Statistischen Mechanik ist dann chaotisches Verhalten zu erwarten. Erstaunlicherweise hat starke Unordnung in quantenmechanischen Vielteilchensystemen aber den gegenteiligen Effekt: Von einem Anfangszustand entfernt sich das System nur wenig. Selbst nach beliebig langer Zeit bleibt lokale und damit messbare Information über den Anfangszustand erhalten: Das System erreicht kein thermodynamisches Gleichgewicht.

Jeder hat sicher schon beobachtet, wie Eiswürfel in einer Flüssigkeit schmelzen und sich nach einiger Zeit ein Gleichgewichtszustand einstellt, der durch die Temperatur der Flüssigkeit charakterisiert ist (Abb. 1). Dieses dynamische Erreichen des thermodynamischen Gleichgewichts nennt man Thermalisierung. Ludwig Boltzmann erkannte, dass dieses Gleichgewicht durch einen Zustand maximaler Entropie gegeben ist – unter Einhaltung vorliegender Randbedingungen. Dieser Zustand stellt sich durch dynamisches Chaos ein, bei dem kleinste Unterschiede in den Anfangs­bedingungen zu komplett unterschiedlichen End­zuständen führen.
Doch kann es Thermalisierung auch in isolierten Quantensystemen geben? Diese Frage ist von großer Bedeutung für das grundlegende Verständnis der Thermodynamik von Quantensystemen in Abwesenheit eines Wärmebades sowie für die Erklärung von Experimenten mit ultrakalten Quantengasen [2]. Diese sind exzellent von der Umgebung isoliert und eignen sich aufgrund bedeutender Fortschritte in der experimentellen Kontrolle sehr gut, um theoretische Vorhersagen zu überprüfen...

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Bildung - Beruf

Maike Pfalz
11 / 2018 Seite 54
DPG-Mitglieder

„Wir sind alle Spielkinder.“

Nach der Promotion und einer mehrjährigen Postdoc-Phase beschloss Dr. Jürgen Rink (55), der Forschung den Rücken zu kehren: Mit 33 Jahren begann er ein Volontariat bei der c’t, die der Verlag Heise Medien in Hannover herausgibt.

Wie sind Sie zum Journalismus gekommen?
Während meiner Postdoc-Zeit in England bekam ich die Möglichkeit, für eine populärwissenschaftliche Zeitschrift zu schreiben. Das hat mir viel mehr Spaß gemacht, als aktiv zu forschen. Ich habe dann noch ein Jahr in Marseille gearbeitet und mich zurück in Deutschland intensiv um den Einstieg in den Fachjournalismus bemüht.
… und sind beim Heise Verlag in Hannover gelandet.
Richtig, dort habe ich 1996 ein Volontariat bei der c’t begonnen. Das erste halbe Jahr hat mich mehr gefordert als das gesamte Studium. Für mich war unbegreiflich, wie man innerhalb eines Monats ein Gerät testen und darüber schreiben kann. Mein Zeithorizont für ein Experiment betrug eher drei Jahre...

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Geschichte

Michael Eckert
11 / 2018 Seite 57
DPG-Mitglieder

Theorie zwischen Klassik und Moderne

Der 150. Geburtstag von Arnold Sommerfeld ist nicht nur Anlass, einen wichtigen Physiker der Vergangenheit zu würdigen. Viele seiner zentralen Arbeiten zeigen eine erstaunliche Aktualität und haben sogar Bedeutung für die Suche nach Dunkler Materie.

Als Arnold Sommerfeld am 5. Dezember 1868 geboren wurde, waren die Maxwell-Gleichungen gerade drei Jahre alt. Die Versuche, mit denen Heinrich Hertz elektromagnetische Wellen nachweisen sollte, lagen noch zwanzig Jahre in der Zukunft. Im Rückblick bezeichnen wir dies als die Ära der klassischen Physik. Im Jahr 1951, in dem Sommerfeld am 26. April starb, befinden wir uns bereits im Zeitalter der modernen Physik, in dem die Theoretiker mit Feynman-Diagrammen und die Experimentalphysiker mit immer neuen Entdeckungen von Elementarteilchen für Aufsehen sorgten.
Am Beginn von Sommerfelds akademischer Karriere war von diesem Umbruch in der Physik noch nichts zu spüren. Während seines Studiums in Königsberg hatte er die Physik als nicht besonders aufregend erlebt, sodass sein Interesse zunächst mehr der Mathematik galt. Auch nach seinem Wechsel an die Universität Göttingen, wo er Assistent des Mathematikers Felix Klein wurde, wuchs ihm die Physik nicht sofort ans Herz. Bei Sommerfelds frühen Arbeiten der 1890er-Jahre stand die Mathe­matik immer im Vordergrund, selbst wenn er sich damit auf das Gebiet der Physik begab. In seiner Habilitationsschrift behandelte er die Beugung elektromagnetischer Wellen als Randwertproblem – ohne Rückgriff auf das in der Optik benutzte Huygenssche Prinzip, das der Beugungstheorie von Kirchhoff zugrunde lag. Er halte das für „Humbug und Redensarten“, schrieb Sommerfeld an seine Mutter, „was dieser mathematisch grundlichste unter den Physikern in der Optik gemacht hat. Aber das kann ich doch nicht in der Arbeit ohne Weiteres sagen.“ ([1], S. 83)...

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Physik im Alltag

Bernd Müller
11 / 2018 Seite 62
DPG-Mitglieder

Mit der Zweiten sieht man besser

Smartphone-Kameras stehen richtigen Fotoapparaten in der Qualität kaum noch nach. Fortschritte gibt es bei den Linsen, durch intelligenteres Image-Processing oder durch mehrere Kameras.

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Menschen

11 / 2018 Seite 64
DPG-Mitglieder

Personalien

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11 / 2018 Seite 68
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Gustav Gerber

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Alexander Pawlak
11 / 2018 Seite 69
DPG-Mitglieder

„Diese fantastische Gelegenheit wollte ich nicht verpassen.“

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Bücher/Software

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Michael Schaaf
11 / 2018 Seite 71
DPG-Mitglieder

Diana Buchwald et al.: The Collec­ted Papers of Albert Einstein

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DPG

11 / 2018 Seite 34
DPG-Mitglieder

German Young Physicists’ Tournament

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11 / 2018 Seite 39
DPG-Mitglieder

Physik im Advent

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11 / 2018 Seite 40
DPG-Mitglieder

Jobbörse

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11 / 2018 Seite 53
DPG-Mitglieder

Ars legendi Fakultätenpreis

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11 / 2018 Seite 56
DPG-Mitglieder

German Physicists’ Tournament

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11 / 2018 Seite 72
DPG-Mitglieder

Verhandlungen der DPG 

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Matthias Lehr
11 / 2018 Seite 73
DPG-Mitglieder

Dresdner Industriegespräche

m November finden die ersten zwei Industriegespräche in Dresden statt.

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Dorothea Lincke, Maike Wehmeyer und Lars Richter
11 / 2018 Seite 73
DPG-Mitglieder

Physik trifft Musik oder Musik trifft Physik?

Ein Wochenendseminar der jungen DPG beleuchtete das Wechselspiel zwischen Physik und Musik.

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Kristin Pump und Hannes Vogel
11 / 2018 Seite 74
DPG-Mitglieder

Physik über die Grenzen des Klassenraums hinaus

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Linus Kemme
11 / 2018 Seite 74
DPG-Mitglieder

Die Zukunft macht mobil

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Tatjana Lamparter und Nicolas Barón Pérez
11 / 2018 Seite 75
DPG-Mitglieder

Gut vernetzt im Süden

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11 / 2018 Seite 76
DPG-Mitglieder

Otto-Hahn-Preis 2019

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Tagungen

Andreas Honecker, Karlo Penc und Roser Valentí
11 / 2018 Seite 78
DPG-Mitglieder

Trends in Quantum Magnetism

673. WE-Heraeus-Seminar

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Thorsten Schumm, Simon Stellmer und Ekkehard Peik
11 / 2018 Seite 78
DPG-Mitglieder

Novel Optical Clocks in Atoms and Nuclei

676. WE-Heraeus-Seminar

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Tom Walker und Oliver Morsch
11 / 2018 Seite 78
DPG-Mitglieder

Quantum Technologies

Bad Honnef Physics School

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Reinhold Rückl
11 / 2018 Seite 79
DPG-Mitglieder

Quantenphysik an der Schule

Fünfter Workshop der Heisenberg-Gesellschaft

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Weitere Rubriken

11 / 2018 Seite 80
DPG-Mitglieder

Tagungskalender

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11 / 2018 Seite 81
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Notizen

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