Oktober 2018

Am LHCb-Experiment des CERN lassen sich seltene Zerfälle von B-Mesonen hochpräzise messen. (vgl. S. 35, Quelle: CERN)

Meinung

Henning Kagermann
10 / 2018 Seite 3

Künstliche Intelligenz gestalten

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Aktuell

Maike Pfalz
10 / 2018 Seite 6
DPG-Mitglieder

Der Überwacher der Winde

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Kerstin Sonnabend
10 / 2018 Seite 7
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Orientierung für die Zukunft

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Alexander Pawlak / FU Berlin
10 / 2018 Seite 8
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Kernfragen einer Physikerin

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Alexander Pawlak / GSI
10 / 2018 Seite 10
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Gezielte Strahlenschäden gegen Krebs

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Kerstin Sonnabend
10 / 2018 Seite 12
DPG-Mitglieder

Mit dem Falken zum Drachenpalast

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Anja Hauck / HZDR
10 / 2018 Seite 13
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Millionen für die Krebsforschung

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Matthias Delbrück
10 / 2018 Seite 14
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Deal or No Deal?

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Rainer Scharf
10 / 2018 Seite 15
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USA

Windenergie wächst weiter / Beschleuniger am Fermilab / Priorisierte Forschung / Inklusives Netzwerk

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Maike Pfalz
10 / 2018 Seite 15
DPG-Mitglieder

Dawn dämmert es

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Leserbriefe

Uwe Brinkmann
10 / 2018 Seite 17
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Wissenschaft als Leuchtturm

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High-Tech

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Im Brennpunkt

Ernst Hauber
10 / 2018 Seite 20
DPG-Mitglieder

Das Salz in der (Mars-)Suppe

Radarmessungen der Mission Mars Express deuten darauf hin, dass es am Südpol des Mars in einer Tiefe von rund 1,5 Kilometern flüssiges Wasser geben könnte.

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Peter Groß und Stephan Grill
10 / 2018 Seite 22
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Ordnung aus Unordnung

Neue Experimente zeigen, dass Nichtgleichgewichts-Systeme eine Koexistenz selbstorganisierter Zustände mit unterschiedlicher Orientierungssymmetrie erlauben.

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Sebastian Deffner
10 / 2018 Seite 24
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Dämonische Qubits

Experimente zur Thermodynamik der Quantencomputer machen vielversprechende Fortschritte.

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Bildung - Beruf

Mit Vince Ebert sprach Anja Hauck
10 / 2018 Seite 26
DPG-Mitglieder

„Ich bin der Typ, der Physik lustig erklärt.“

Seit rund 20 Jahren bringt der Diplomphysiker Vince Ebert die Menschen als Wissenschaftskabarettist zum Lachen und Nachdenken.*) Neben seinen Bühnenprogrammen tritt er auch regelmäßig im Fernsehen auf, beispielsweise als Moderator der ARD-Sendung „Wissen vor acht“, und engagiert sich für naturwissenschaftliche Bildungsprojekte.

Warum haben Sie ursprünglich mal Physik studiert?

Physik ist mir schon in der Schule leichtgefallen, und im Studium habe ich nach und nach erkannt, was man in der Physik und in den Naturwissenschaften eigentlich macht.

Nämlich?

Es geht eben nicht nur um Rechnungen und Formeln. Mich hat fasziniert, dass die großen physikalischen Theorien immer auch philosophische Fragen beinhalten. ­Etwa wenn man sich in der Quantenmechanik fragt: Was ist Zufall, oder ist das Leben determiniert? Oder wenn in der Kosmologie die Frage gestellt wird, wie alles angefangen hat. Zu versuchen, diese großen Fragen mit naturwissenschaftlichen Methoden einigermaßen zu beantworten, macht für mich die große Faszination an dem Fach aus...

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Maike Pfalz
10 / 2018 Seite 28
Pro-Physik-Mitglieder

Viel Wind um die Energie

Abschaltung der Kernkraftwerke, Ausbau erneuerbarer Energien, Vermeidung fossiler Energieträger, Reduktion von CO2-Emissionen, Energiesparen oder Elektromobilität – all dies und noch viel mehr ist untrennbar mit der Energiewende verbunden. In Deutschland ist sie längst beschlossen, so sollen laut Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) bis 2025 mindestens 40 bis 45 Prozent des verbrauchten Stroms aus erneuer­baren Energien stammen. Mit diesen Umwälzungen der Energiebranche wandeln sich auch die Aufgaben, die Physikerinnen und Physiker dort übernehmen können: Waren sie früher häufig Experten für den Strahlenschutz in Kernkraftwerken, so optimieren sie heutzutage den Wirkungsgrad von Solarzellen, entwickeln Konzepte für intelligente Stromnetze oder klären mit ihrem physikalischen Hintergrundwissen über Klimaschutz und Energieverbrauch auf.

Diese Veränderungen hat die Physikerin Dagmar Hallfarth hautnah miterlebt – nach über zwanzig Jahren Tätigkeit in verschiedenen Kernkraftwerken ist sie Anfang des Jahres zu einem Netzbetreiber gewechselt. Ihrem Vater zum Trotz hat sie Physik studiert: „Der ist auch Physiker und hat mir immer davon abgeraten“, lacht sie. Nach dem Studium, das sie voller Begeisterung absolviert hat, entschied sie sich bewusst gegen eine Promotion. „Für mich war es unvorstellbar, fünf weitere Jahre lang an einem Thema zu arbeiten. Ich brauche wechselnde Herausforderungen mit Praxisbezug“, gibt sie zu. Über eine Tätigkeit als Werkstudentin landete sie bei der Urananreicherungsanlage in Gronau, wo sie sich mit der Frage beschäftigte, ob die Nuklide außerhalb der Anlage in der Umgebung massenspektrometrisch messbar sind. „Das war für mich ein sehr spannender Einstieg in die Kerntechnik“, sagt Hallfarth. Nachdem das Interesse an diesen Fragestellungen geweckt war, bewarb sie sich auf eine Stellenausschreibung im Kernkraftwerk Krümmel.

 

Dort war sie zuständig für den gesamten Aktivitätsfluss in der Anlage – vom Brennelement über den Wasser- und Dampfkreislauf, die Abluft-, Immissions- und Emissionsüber­wachung bis hin zur Dichtheitsprüfung beim Wechsel der Brennelemente. „Die Stelle war für mich ein Sechser im Lotto! Mit nur 26 Jahren durfte ich direkt nach dem Studium drei Labore und zwei Teams leiten“, betont sie. Zehn Jahre lang verantwortete sie in Krümmel den Strahlen- und den Notfallschutz. Innerhalb weniger Minuten hätte sie im Katastrophenfall eine komplette Dosisberechnung für die Bevölkerung abliefern können...

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Überblick

Johannes Albrecht und Christoph Langenbruch
10 / 2018 Seite 35
Pro-Physik-Mitglieder

Vorgeschmack auf neue Physik?

Die Suche nach neuer Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik ist zentrales Ziel der aktuellen Forschung. Das präzise Vermessen seltener Zerfälle erlaubt es, die Effekte neuer Teilchen nachzuweisen, selbst wenn sich diese aufgrund ihrer hohen Masse an derzeitigen Beschleunigern nicht direkt erzeugen lassen.

Wir haben einen Meilenstein in unserem Verständnis der Natur erreicht“, so kommentierte der damalige CERN-Generaldirektor Rolf-Dieter Heuer die Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012. Ganz zu Recht, denn schließlich war damit das letzte fundamentale Teilchen des Standardmodells der Teilchenphysik gefunden. Unerwartet war diese Entdeckung allerdings nicht: Aus Präzisionsmessungen der Parameter der elektroschwachen Wechselwirkung, beispielsweise der Massen der W- und Z-Bosonen, ließ sich schon vor der Entdeckung die Masse des Higgs-Bosons im Standardmodell auf weniger als etwa 150 GeV beschränken. In der Tat zeigte sich die zugehörige Signatur im erwarteten Bereich bei 125 GeV.

Dies zeigt sehr anschaulich den typischen Ablauf von Entdeckungen in der Teilchenphysik: Neue Teilchen rufen in Präzisionsmessungen Effekte hervor, die nicht mit den bis dahin bekannten Teilchen zu erklären sind. Hinweise aus Präzisionsmessungen gehen im Allgemeinen den direkten Entdeckungen bis dahin unbekannter neuer Teilchen voraus. Wichtige weitere historische Beispiele sind die Entdeckung des Charm-Quarks, das nach Messungen seltener Kaon-Zerfälle vorhergesagt wurde, die Existenz einer dritten Generation von Quarks, die auf der Entdeckung der Verletzung der Materie-Antimaterie-Symmetrie in der schwachen Wechselwirkung beruht, sowie die genaue Vorhersage der Masse des Top-Quarks...

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Tetyana Galatyuk, Hendrik van Hees, Ralf Rapp und Jochen Wambach
10 / 2018 Seite 41
DPG-Mitglieder

Extrem und strahlend

Jede Form sichtbarer Materie strahlt. Dabei gibt die Frequenzverteilung Aufschluss über die Temperatur, die Zusammensetzung und Dynamik der elektrischen Ladungsträger und oft auch über das kritische Verhalten in der Nähe von Phasenübergängen. Bei extremer Temperatur und Dichte von Kernmaterie zeigen die Spektren reeller und virtueller Photonen den Übergang von hadronischer zu Quark-Gluon-Materie an und tragen so wesentlich zum Verständnis der Erzeugung von Masse durch die starke Wechselwirkung bei.

Kurze Zeit nach dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren bestand das Universum aus einem heißen Plasma von Elementarteilchen, die das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt (Infokasten). Für die frühe Entwicklung des Universums während der kosmischen Expansion spielten zwei fundamentale Phasenübergänge eine entscheidende Rolle: Der eine fand etwa zehn Pikosekunden nach dem Urknall statt, getrieben durch die elektroschwache Wechselwirkung. Dagegen bestimmte die starke Wechselwirkung den zweiten nach etwa zehn Mikrosekunden. Kondensationsphänomene, die vermutlich für die Masse der heute sichtbaren Materie verantwortlich sind, begleiteten beide Übergänge. Im elektroschwachen Phasenübergang kondensierte das im Jahr 2012 am Large Hadron Collider des CERN entdeckte Higgs-Teilchen und erzeugte die Massen der Leptonen, der schweren Z- und W-Bosonen sowie die „nackten“ Massen der Quarks. Im Übergang der starken Wechselwirkung verbanden sich Quarks und Gluonen zu Hadronen unter permanentem Einschluss der Farbladung („Confinement“), wodurch mehr als 98 Prozent der Masse der sichtbaren Materie entstanden sind. Den genauen Ablauf lassen auch mehr als 30 Jahre intensiver Forschung offen.

Heute bietet sich uns die faszinierende Möglichkeit, den frühen Zustand des Universums in der Nähe der starken Phasenumwandlung bei Stößen schwerer Atomkerne mit extrem hohen Energien erneut zu erzeugen. Dabei geht die kinetische Stoßenergie zu einem Großteil in der Produktion von mehreren tausend Hadronen auf. Systematische Analysen der gemessenen Teilchensorten und deren Energie- und Impulsverteilungen liefern die Evidenz für die Erzeugung einer extrem heißen Reaktionszone. Dieser „Feuerball“ erreicht sehr schnell den Zustand eines lokalen thermischen Gleichgewichts und expandiert explosiv nach den Gesetzen der relativistischen Hydrodynamik (Abbildung). Bei den höchsten Stoßenergien, die derzeit mit 5 TeV pro Nukleonenpaar im Schwerpunktsystem beim Large Hadron Collider zur Verfügung stehen, lässt sich die dazugehörige Zustandsgleichung, die beispielsweise Druck und Energiedichte in Beziehung setzt, präzise aus der Quantenchromodynamik berechnen. Es herrscht weitgehend Einigkeit, dass die Energiedichten der frühen Entwicklungsphasen des Feuerballs ausreichen, um ein Quark-Gluon-Plasma zu erzeugen. Diese stark wechselwirkende Materie, die auch im frühen Universum vorlag, besteht aus masselosen Gluonen, nahezu masselosen up- und down-Quarks und den etwas schwereren strange-Quarks. Was lernt man aus diesen Experimenten über die Mechanismen der Massen­erzeugung in der starken Wechselwirkung? ...

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Streifzug

Stefan Oldenburg
10 / 2018 Seite 48
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Mit weitem Blick

Heidelberg ist ein bedeutendes Zentrum astronomischer Forschung. Einen der Grundsteine dafür legte Maximilian „Max“ Wolf, der am 21. Juni 1863 in der März­gasse 16 geboren wurde, worauf eine Gedenktafel hinweist. In diesem klassizistischen Bau nahm seine wissenschaftliche Karriere ihren Anfang, dank der Unterstützung seiner Eltern. Sein wohlhabender Vater, der Arzt Franz Wolf, interessierte sich wie sein Sohn für Astronomie. Daher kam Max schon als Jugendlicher in den Genuss, das Firmament mit recht passablen Refraktoren vom Flachdach des Hausanbaus aus zu beobachten.

Der Zufall will es, dass in direkter Nachbarschaft die Wiege der modernen Astrophysik liegt: Vier Jahre vor Max Wolfs Geburt hatten in der Hauptstraße 52   der Chemiker Robert Bunsen und der Physiker Gustav Kirchhoff die Spektral­analyse entwickelt. Doch Astronomie konnte man in Heidelberg noch nicht studieren, weshalb Max Wolf zunächst Mathematik und Physik belegte, um dann 1884 für ein Semester in Straßburg Astronomie-Vorlesungen zu hören. Für den 21-Jährigen war es eine besondere Zeit, denn sein Vater ließ ihm am Kopfende des Hausanbaus eine Sternwarte errichten. Über die Konstruktion hatte er sich mit seinem Sohn in einem regen Briefwechsel ausgetauscht. Der 12 Meter hohe Turm samt drehbarer Kuppel steht heute noch und ist mit einem Blick über das Hoftor gut zu sehen.

Diese erste Sternwarte auf Heidelberger Gemarkung war weltweit einzigartig. Das Herzstück, ein kurzbrennweitiger 6-Zoll-Doppelrefraktor mit großem Öffnungsverhältnis, ist heute im Haus der Astronomie auf dem König­stuhl   zu besichtigen. Damit avancierte Max Wolf zum Pionier der Astrofotografie. Er war zwar nicht der erste, der Himmelsobjekte fotografierte, aber er zeigte mit seinen Weitwinkelaufnahmen vom Sternenhimmel völlig Neues: Die Platten bildeten Himmelsregionen von etwa 6° × 8° Ausdehnung ab, sodass sich erstmals größere Strukturen von sternenreichen Milchstraßenregionen oder Dunkel­nebeln sichtbar machen ließen. Eine wichtige Entdeckung war 1891 die des Nord­amerikanebels im Sternbild Schwan. Dieser ausgedehnte, diffu­se Wasserstoffnebel ist visuell nur sehr schwer zu beobachten und wird erst auf langbelichteten Foto­grafien sichtbar...

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Geschichte

Timo Mappes, Wolfgang Wimmer und Michael Kaschke
10 / 2018 Seite 51
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Die Frühzeit der Feinstruktur

Das fundamentale Wechselspiel zwischen Durchbrüchen in der Mess- und Gerätetechnik und grundlegenden Erkenntnissen ist in der Wissenschaftsgeschichte beispielhaft untersucht worden, gerade in der Optik. Man denke an das Fernrohr und seine Bedeutung für das kopernikanische Weltbild oder das Michelson-Experiment für die Relativitätstheorie. Für die exakte Analyse der atomaren Feinstruktur spielte die Entwicklung hochpräziser Spektrographen eine entscheidende Rolle.

In der optischen Spektroskopie [1] gab es im 19. und bis weit in das 20. Jahrhundert hinein zahlreiche Beispiele für Erkenntnisfortschritte, die nur durch ein enges Zusammenspiel von Instrumentenentwicklung, Experimentiertechnik und Theorie möglich wurden [2, 3]. Das wohl bekannteste Beispiel ist die Beschreibung der dunklen und später nach Joseph von Fraunhofer benannten Spektral­linien im Sonnenspektrum.1) Erst 1859 gelang es Gustav Kirchhoff, den Zusammenhang von Absorptions- und Emissionswellenlängen der Fraunhoferschen Linien zu beschreiben und gemeinsam mit Robert Bunsen kurz danach die Spektralanalyse zu entwickeln.

Hier möchten wir ein weiteres Beispiel aus der Spektroskopie diskutieren: die Entdeckung der Lamb-Verschiebung in der Feinstruktur des Wasserstoffspektrums. Wir befinden uns damit im Kontext der Quantenphysik, die sich in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts sehr dynamisch entwickelte. Das betraf sowohl die Theorie als auch die in diesem Kontext stehenden Experimente und den Bau der dafür erforderlichen Instrumente. Das führte zu immer wieder wechselnden Interpretationen der experimentellen Ergebnisse und damit einem eher ungewöhnlichen Verlauf in der Theorieentwicklung...

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Physik im Alltag

Marie Teich
10 / 2018 Seite 56
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Die Physik macht die Musik

Für den Ton ist es ein weiter Weg zwischen dem Anstreichen einer Geigensaite und dem Ohr des Zuhörers. Damit ein schöner Ton entsteht, müssen auch physikalische Details stimmen.

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Menschen

10 / 2018 Seite 58
DPG-Mitglieder

Personalien

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10 / 2018 Seite 62
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Bernd Wilhelmi

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Maike Pfalz
10 / 2018 Seite 63
DPG-Mitglieder

„Vielleicht sind die Amerikaner einfach schlauer als wir.“

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Bücher/Software

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Alexander Pawlak
10 / 2018 Seite 64
DPG-Mitglieder

David Christian: Die Geschichte der Welt – vom Urknall bis zur Zukunft der Menschheit

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Anja Hauck
10 / 2018 Seite 65
DPG-Mitglieder

Annika Brockschmidt, D. Schulz: Goethes Faust und Einsteins Haken

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DPG

10 / 2018 Seite 33
DPG-Mitglieder

Jobbörse

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10 / 2018 Seite 50
DPG-Mitglieder

Laborbesichtigungsprogramm

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10 / 2018 Seite 61
DPG-Mitglieder

Max-von-Laue-Kolloquium

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David Ohse
10 / 2018 Seite 66
DPG-Mitglieder

Die Vielfalt der jungen DPG

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Enrico Stein
10 / 2018 Seite 68
DPG-Mitglieder

En route zum Beruf

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Felix Klein
10 / 2018 Seite 68
DPG-Mitglieder

Von unterirdischen Laboren zu fliegenden Ratten

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Lukas Deuchler
10 / 2018 Seite 69
DPG-Mitglieder

Physik kennt keine Grenzen

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Tagungen

Francesco Intravaia, Kurt Busch und Diego A. R. Dalvit
10 / 2018 Seite 70
DPG-Mitglieder

Fluctuation-Induced Phenomena in Complex Systems

671. WE-Heraeus-Seminar

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Astrid Eichhorn, Dario Benedetti und Frank Saueressig
10 / 2018 Seite 70
DPG-Mitglieder

Quantum spacetime and the Renormalization Group

674. WE-Heraeus-Seminar

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Andreas Otto, Günter Radons und Wolfram Just
10 / 2018 Seite 70
DPG-Mitglieder

Delayed Complex Systems

675. WE-Heraeus-Seminar

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Katja Thies
10 / 2018 Seite 71
DPG-Mitglieder

Wesenszüge der Quantenphysik

DPG-Lehrerfortbildung

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Silvia De Bianchi und Claus Kiefer
10 / 2018 Seite 71
DPG-Mitglieder

Hundred Years Of Gauge Theories

678. WE-Heraeus-Seminar

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Weitere Rubriken

10 / 2018 Seite 72
DPG-Mitglieder

Tagungskalender

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10 / 2018 Seite 73
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Notizen

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