Physik in unserer Zeit 4/2022

Physik in unserer Zeit 4/2022Titelbild

Ursprung der Elemente

Woraus besteht die Welt? Die Philosophen der Antike postulierten vier oder fünf Elemente. In der Neuzeit erweiterten Dimitri Mendelejew und Lothar Meyer dies auf eine rasch wachsende Tabelle der chemischen Elemente. Kirchhoff und Bunsen entdeckten Fraunhofer-Linien im Sonnenspektrum, denen zufolge die auf der Erde existierenden Elemente auch in Sternen vorkommen. Heute untersucht die Astronomie die Elementhäufigkeiten in der Milchstraße und im gesamten Kosmos. In dieser zweiteiligen Artikelserie betrachten wir die Entstehung der Elemente im Universum zusammen mit den astrophysikalischen Orten ihres Ursprungs.

Bild: SOHO, EIT Consortium, ESA, NASA

Editorial

Steiniger Weg zu den Sternen

Iris Dillmann

Inhalt: Physik in unserer Zeit 4/2022

Treffpunkt Forschung

Ist das W-Boson schwerer als erwartet?: Teilchenphysik

Ulrich Husemann, Markus Klute, Thomas Müller

Das W-Boson ist das Feldquant der geladenen schwachen Wechselwirkung. Seine Masse ist etwa 90-mal höher als die des Protons. Eine neue Präzisionsmessung dieser Masse mit Daten des CDF-Experiments am Tevatron Collider am Fermilab weist eine signifikante Abweichung vom Standardmodell der Teilchenphysik auf.

Laserlicht steuert Elektronen-Wechselwirkung: Quantendynamik in Molekülen

Patrick Rupprecht, Christian Ott, Thomas Pfeifer, Maurits W. Haverkort

Lichtblitze verschiedener Intensität können die quantenmechanische Komponente der Elektron-Elektron-Wechselwirkung gezielt beeinflussen. Diese kontrollierte Austauschwechselwirkung zeigt sich durch spektroskopische Messungen an Schwefelhexafluorid-Molekülen mit ultrakurzen Laserpulsen, durchgeführt am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg.

Kompressibles Quantengas aus Licht: Quantenoptik

Erik Busley, Leon Espert Miranda, Martin Weitz, Julian Schmitt

Thermodynamische Konzepte, die bislang nur in Systemen aus massiven Teilchen beobachtet werden konnten, lassen sich auch auf Photonengase übertragen. Dazu gehört insbesondere die isotherme Kompressibilität, die ein Maß für die innere Gegenkraft eines Mediums als Antwort auf eine äußere Volumenreduktion bei konstanter Temperatur angibt. In unseren Experimenten konnten wir erstmals die Kompressibilität und die Zustandsgleichung eines homogenen Photonengases messen. Dies geschah unter klassischen sowie quantenstatistischen Bedingungen, anhand der aus einer kontrolliert ausgeübten Kraft resultierenden Dichteveränderung in einem optischen Gas.

Physics News

 

Artikel

Open Access

Plasmasurfen auf Pilotanlagenkurs: Laser-Plasma-Beschleuniger für Elektronen im Dauerbetrieb

Sören Jalas, Andreas R. Maier

Description unavailable

Laser-Plasma-Beschleuniger versprechen als Vision ultrakompakte und trotzdem hochenergetische Elektronenbeschleuniger. Nach einigen Jahren im Experimentierstadium erfolgt nun mit LUX am DESY ein erster Schritt in Richtung einer zuverlässigen, dauerbetriebsfähigen Pilotanlage als Ziel. Wichtig sind dabei eine umfassende Computerkontrolle aller Stellparameter und deren Optimierung über maschinelles Lernen.

Open Access

Der innovative Fehler im Kristall: Design keramischer Piezo- und Ferroelektrika durch Versetzungen

Marion Höfling, Lukas Porz, Jürgen Rödel

Description unavailable

Obwohl sie eigentlich Isolatoren sind, können keramische Materialien elektrisch leitend gemacht werden. Sie können auch ferro- und piezoelektrische Eigenschaften besitzen, die über gezielt ins Kristallgitter eingebrachte Versetzungsfehler designt werden können. Mit solchen neuen Methoden will die Materialforschung neue, nichttoxische Piezoelektrika für den Weltmarkt entwickeln – und andere innovative Materialien.

Open Access

Von Wasserstoff bis Eisen, Nickel und Zink: Der Ursprung der Elemente – Teil I

Friedrich-Karl Thielemann

Description unavailable

Woraus besteht die Welt? Die Philosophen der Antike postulierten vier oder fünf Elemente. In der Neuzeit erweiterten Dimitri Mendelejew und Lothar Meyer dies auf eine rasch wachsende Tabelle der chemischen Elemente. Kirchhoff und Bunsen entdeckten Fraunhofer-Linien im Sonnenspektrum, denen zufolge die auf der Erde existierenden Elemente auch in Sternen vorkommen. Heute untersucht die Astronomie die Elementhäufigkeiten in der Milchstraße und im gesamten Kosmos. In dieser zweiteiligen Artikelserie betrachten wir die Entstehung der Elemente im Universum zusammen mit den astrophysikalischen Orten ihres Ursprungs.

Open Access

Was 14C über Sonne und Erde verrät: Radiokarbon als vielfältig einsetzbares Isotop in der Geophysik

Peter Köhler, Raimund Muscheler

Description unavailable

Das radioaktive Kohlenstoffisotop 14C, auch Radiokarbon genannt, ist ein wichtiger Informationsträger für die Geowissenschaften. Es hilft, unser Verständnis von Klimaprozessen, der Sonne, des Geodynamos und des Kohlenstoffkreislaufs der vergangenen 55 000 Jahre zu verbessern.

Klingende Schalen aus Bronze: Merkwürdiges Resonanzverhalten

Andreas Korn-Müller, Thomas Schropp

Description unavailable

Wasserklangschalen zeigen ein ungewöhnliches Resonanzverhalten, das neben dem typischen Klang einen Springbrunnen-Effekt hervorbringt. Mit einer App und einfachen Experimenten lässt es sich untersuchen.

Magazin

Das dunkle Herz der Milchstraße: Interview

Schwarze Löcher verschlucken zwar alles Licht, aber vor allem die supermassereichen verraten sich meist über eine Akkretionsscheibe aus heißem Gas. Der internationalen Kollaboration vom Event Horizon Telescope ist es nun nach dem spektakulären Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs in Messier 87 (M87) [1–3] gelungen, ein Portrait des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße, Sagittarius A* (Sgr A*), herzustellen. Luciano Rezzolla von der Goethe-Universität Frankfurt war maßgeblich daran beteiligt.

Kugelstoß-Videoanalyse mit Vernier Video Analysis: Smarte Physik

Alexander Gößling, Sebastian Becker, Jochen Kuhn, Thomas Wilhelm

Die Videoanalyse von Bewegungen, etwa beim Sport, findet in Schule und Hochschule immer größere Verbreitung. Die hier vorgestellte App ermöglicht es, plattformunabhängig Bewegungen zu analysieren und mit beliebigen Ausgleichskurven auszuwerten.

„Korkenziehen“ per Flambierbrenner: Physik im Weinkeller

Lutz Kasper, Patrik Vogt

Wer zufällig einen Flambierbrenner anstelle eines Korkenziehers zur Hand hat, kann damit eine Weinflasche unkonventionell öffnen – gewissermaßen thermodynamisch. Zugegeben, diese Situation ist unwahrscheinlich, doch aus physikalischer Sicht ist das Experiment reizvoll.

Vom Kampf in die Chemie: Historisches Rätsel

Andreas Loos

Zunächst ein Militär, wird der Gesuchte später zum „Großvater“ der Elektrochemie.

Treffpunkt TV

Oulipos Schreibweisen der Mathematik: Physik & Literatur

Klaus Mecke

Physikalische Modelle sind wie literarische Stilübungen, um Beziehungen hinter einer Oberfläche erzählen zu können.

Vorschau auf Heft 5/2022

Werkzeuge für die multiphysikalische Optiksimulation

Im Web Seminar erhalten Sie einen Überblick über die Möglichkeiten, die multiphysikalische Optiksimulation bietet und eine Einführung in die praktische Umsetzung eines strahlenoptischen Simulationsprojekts.

Zur Registrierung

Welding with Civan's Ultrafast CBC-Laser: Basics, Opportunities and Challenges

The first part of the webinar will provide an overview of the fundamentals and challenges of the welding process and the features of the CIVAN CBC laser. The second part of the webinar will discuss approaches to take advantage of fast, arbitrary beam shaping to control process problems.

Zur Registrierung

Werkzeuge für die multiphysikalische Optiksimulation

Im Web Seminar erhalten Sie einen Überblick über die Möglichkeiten, die multiphysikalische Optiksimulation bietet und eine Einführung in die praktische Umsetzung eines strahlenoptischen Simulationsprojekts.

Zur Registrierung

Welding with Civan's Ultrafast CBC-Laser: Basics, Opportunities and Challenges

The first part of the webinar will provide an overview of the fundamentals and challenges of the welding process and the features of the CIVAN CBC laser. The second part of the webinar will discuss approaches to take advantage of fast, arbitrary beam shaping to control process problems.

Zur Registrierung