Physik in unserer Zeit 5/2021

Physik in unserer Zeit 5/2021Titelbild

Das Kilogramm

Editorial

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Revolution? Aber genau!

Joachim Ullrich

Inhalt: Physik in unserer Zeit 5/2021

 

Treffpunkt Forschung

Zerstörungsfreie Verfolgung eines
einzelnen Photons

Stephan Welte, Emanuele Distante, Gerhard Rempe

Alle konventionellen Einzelphotonendetektoren zerstören die Photonen beim Detektionsprozess. Diese Limitierung kann durch neuartige nicht-destruktive Detektoren überwunden werden. Unserer Gruppe am Max-Planck-Institut für Quantenoptik ist es nun gelungen, zwei solche nichtdestruktive Detektoren hintereinanderzuschalten, um ein einzelnes Photon bei seinem Flug durch eine Glasfaser zu verfolgen. Durch die mehrfache Detektion wird sowohl die Detektionseffizienz als auch das Signal-Rausch-Verhältnis stark verbessert. In einem Quantennetzwerk könnte die Technik für die orts- und zeitaufgelöste Überwachung einzelner Photonen verwendet werden.

Ein Quantenrechner im Computerschrank

Vanya Pogorelov, Christian Marciniak, Philipp Schindler, Thomas Monz

Quantencomputer versprechen schnellere Lösungen für viele Probleme. Bisher sind mehrere Prototypen realisiert worden, die jedoch allesamt eine penibel kontrollierte Laborumgebung benötigen. Um wirklich nützlich zu sein, müssen Quantencomputer ihren Weg aus dem Labor und in ein Rechenzentrum finden. Forscher der Universität Innsbruck und das Startup AQT haben nun den ersten Prototypen eines Quantencomputer in einem handelsüblichen Computerschrank demonstriert – und dabei neue Rekorde aufgestellt.

Wigner-Kristall in zweidimensionalen Halbleitern

M. Kroner, T. Smoleński, E. Demler, A. Imamoğlu

In einem zweidimensionalen Halbleiter können Elektronen aufgrund ihrer abstoßenden Wechselwirkung in einen regulären Wigner-Kristall kondensieren. Dieser elektronische Kristall kann mittels resonanter optischer Spektroskopie nachgewiesen werden.

Protolunare Scheibe bei Exoplanet

Erstmals gelingt die zweifelsfreie Aufnahme einer Staubscheibe um einen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Sie enthält genug Material für bis zu drei Monde von der Größe des Erdmondes.

Physics News

Interview

„Wir haben uns bereits in gefährliches Terrain bewegt“

Am 9. August 2021 hat der Weltklimarat, das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), den Bericht der Arbeitsgruppe I des sechsten Sachstandsberichts veröffentlicht. Dieser fasst den aktuellen Stand des Klimawandels zusammen, basierend auf mehr als 14 000 wissenschaftlichen Studien. Veronika Eyring ist Koordinierende Leitautorin des Kapitels 3 „Der menschliche Einfluss auf das Klimasystem“.

Artikel

Open Access

Schwarze Löcher und andere Mysterien: Fünf Jahre Gravitationswellenastronomie

Frank Ohme

Seit 2015 die ersten Gravitationswellen beobachtet wurden, hat sich ein bis dahin unbekannter Teil des Universums nach und nach einer neuen Form der Astronomie erschlossen. Nach nunmehr fünf Jahren sind die Signale zahlreicher Doppelsysteme von Schwarzen Löchern und zweier Neutronensternpaare entdeckt worden. Viele Wünsche der wissenschaftlichen Gemeinde haben sich damit erfüllt, aber die Daten hielten auch einige Überraschungen bereit

Open Access

Was begrenzt das Leben?
Thermodynamik und Photosynthese im Erdsystem

Axel Kleidon

Photosynthese versorgt das Leben auf der Erde mit Energie. Allerdings ist der beobachtete Wirkungsgrad der biologischen Energieerzeugung wesentlich geringer als etwa die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie in Photovoltaikanlagen. Warum ist das so? Die Antwort liefert die Thermodynamik – aber nicht so direkt, wie man zunächst vermuten könnte. Zum Verständnis braucht man einen Blick auf das gesamte Ökosystem und wie dieses mit der Atmosphäre Kohlenstoff und Wasser austauscht.

Open Access

Wieviel Planck-Konstante steckt im Kilogramm?
Massemetrologie mit der Kibble-Waage

Christian Rothleitner

Das Kilogramm ist die SI-Einheit der Masse und war über nahezu 130 Jahre durch das Urkilogramm definiert. Mit der Neudefinition der SI-Einheiten basiert das Kilogramm nun auf dem Planckschen Wirkungsquantum als Fundamentalkonstante. Um es entsprechend darstellen zu können, wurde parallel zu anderen Methoden die Kibble-Waage entwickelt. Ihre Perfektionierung erforderte einige Jahrzehnte.

Open Access

Richtig gewichtig: Physik des Gewichthebens in Sport und Alltag

Sigrid Thaller, Richard Močnik, Leopold Mathelitsch

Beim Gewichtheben im Sport ist nicht nur Kraft, sondern auch die Technik essentiell. Auch im Alltag ist das richtige Ausführen des Hebens wichtig, um Abnützungen und Verletzungen zu vermeiden.

Open Access

Menschen sicher leiten und evakuieren: Die Physik von Menschenströmen

Andreas Schadschneider, Armin Seyfried

Überfüllte Bahnhöfe und Züge, die Organisation von Großveranstaltungen oder die Evakuierung von Stadien oder Theatern: Wenn sich viele Menschen ansammeln, kann es zu Stau und Gedränge kommen. Dann ist die Stauforschung für den Fußgängerverkehr gefragt. Hier hat die Physik in den letzten zwanzig Jahren wichtige Beiträge geliefert.

Magazin

Smarte Waage mit Barometer & Altimeter Pro: Smarte Physik

Stefanie Peter, Pascal Klein, Thomas Wilhelm, Jochen Kuhn

Zu den Sensoren an Bord heutiger Smartphones gehören auch integrierte Barometer. Clever eingesetzt, kann man mit diesen Luftdrucksensoren das Smartphone zur Waage machen.

Solarthermische Kraftwerke: Vor 50 Jahren

Robert Pitz-Paal

Solarthermische Kraftwerke können heute kommerziell Solarstrom nach Bedarf produzieren. Zu dieser Technologie formulierten zwei Astronomen von der University of Arizona bereits 1971 eine Vision, die inzwischen recht genau eingetroffen ist. Allerdings waren dafür mehrere Anläufe nötig.

Historisches Rätsel

Quäkertum und Atomtheorie: Historisches Rätsel

Andreas Loos

Er bestieg Berge, um den Luftdruck zu messen, und sein ganzes Leben war ein Aufstieg. Heute ist er durch ein Gasgesetz und als ein Pionier der Atomtheorie berühmt.

Treffpunkt TV

Helmholtz' Zeichentheorie: Physik & Literatur

Klaus Mecke

Um seine sinnesphysiologischen Arbeiten erkenntnistheoretisch zu verstehen, begriff Hermann von Helmholtz Empfindungen als „Zeichen“, die kein Abbild von Objekten sind, sondern wie Wörter einer Sprache gedeutet werden müssen.

Vorschau

Free Access

Vorschau auf Heft 6/2021

Produkte des Monats

Vibroakustische Emissionen bei Turbopumpen minimieren mit innovativer Laser Balancing™-Methode

Das von Pfeiffer Vacuum entwickelte und patentierte Laser Balancing ist eine Innovation für hybridgelagerte Turbopumpen, die eine verbesserte Lebensdauer sowie geringere Vibrationen und Schallemissionen ermöglicht. Durch diese Technologie konnte Pfeiffer Vacuum die Wuchtgüte der Turbopumpen-Rotoren um 20 % verbessern. Die während der Laserablation entstehenden Partikel werden bereits während des Prozesses abgesaugt und gefiltert. Die anschließende Reinigung des lasergewuchteten Rotors sowie der Verzicht auf das manuelle Handling des Schraubenwuchtens garantieren höchste Sauberkeit der Oberflächen.

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