Mit modernen Rechnern lassen sich relativistische Effekte anschaulich visualisieren, zum Beispiel der Flug durch ein Kristallgitter mit 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit.
Physik Journal 7 / 2002
Inhaltsverzeichnis
Aktuell
• 7/2002 • Seite 14
USA
· Astronomische Wünsche · ISS macht neuem NASA-Chef zu schaffen · Pentagon will zensieren · NSF imAufwind · Mehr interdisziplinäre Nanotechnologie · Neues von den Bachelors · Keck-Ausbau gefährdet · Forschungsdaten USA
High-Tech
Im Brennpunkt
Leserbriefe
• 7/2002 • Seite 25
Entschuldigung ist überfällig
Zu: ''Transformation oder Urknall?'' von Hermann Schunk, April 2002, S. 23
Frühjahrstagung
Preisträger
• 7/2002 • Seite 43
Aktuelle Probleme der Gravitationsphysik
Während Einsteins Gravitationstheorie, die Allgemeine Relativitätstheorie, nach spektakulären Anfangserfolgen zwischen 1915 und 1919 für lange Zeit ein vom Hauptstrom der physikalischen Forschung getrenntes Gebiet blieb, gelang es ab 1960, mehrere ihrer Voraussagen durch Beobachtungen und Experimente mit wachsender Genauigkeit zu überprüfen. In den letzten 30 Jahren ist die Allgemeine Relativitätstheorie zu einem integralen Bestandteil der Astrophysik geworden. Ein aktuelles Forschungsgebiet betrifft Gravitationslinsen, und der direkte Nachweis von Gravitationswellen wird mit Spannung erwartet.
• 7/2002 • Seite 49
Die faszinierenden Quanteneigenschaften von Helium und ihre Anwendungen
Strahlen aus Heliumatomen bzw. Heliumtröpfchen, die in Gasexpansionen erzeugt werden, zeigen je nach Quellentemperaturen ganz ungewöhnliche Eigenschaften: Oberhalb von etwa 50 K haben Heliumatomstrahlen eine Geschwindigkeitshalbwertsbreite von nur 1 %. Ihre hohe Monochromasie hat es zum ersten Mal ermöglicht, Dispersionskurven von Oberflächenphononen mit der Laufzeitmethode zu messen sowie andere Niederfrequenzanregungen und Diffusionsvorgänge von an Oberflächen adsorbierten Teilchen zu untersuchen. Bei Quellentemperaturen unterhalb T0 = 30 K entstehen kleine suprafluide Tröpfchen aus 103-104 Atomen, in die sich Moleküle einlagern lassen. Ihre Infrarotspektren zeigen aufgrund der Suprafluidität der Tröpfchen ganz unerwartet gut aufgelöste Rotationslinien, woraus geschlossen wird, dass die Moleküle, wie im Vakuum, frei rotieren. Daher sind Heliumnanotröpfchen eine besonders sanfte und kalte Matrix (0,37 K für 4He oder 0,15 K für 3He) für hochaufgelöste Molekülspektroskopie. Darüber hinaus gelang es, den ersten Hinweis auf die Suprafluidität von kleinen para-Wasserstoffclustern zu finden, die somit erst das zweite System überhaupt sind, in dem Suprafluidität auftritt.
• 7/2002 • Seite 57
Grenzflächenstrukturen von Fluiden
Grenzflächen sorgen nicht nur dafür, dass physikalische Systeme von ihrer Umwelt getrennt werden können. Häufig sind sie auch für die Kommunikation zwischen Systemen und für die Auswirkungen von äußeren Einflüssen verantwortlich. Besonders intensiv werden Gas-Flüssigkeits-Grenzflächen und Benetzungsphänomene auf Festkörperoberflächen untersucht. Diese sind sehr weit verbreitet und ihr mikroskopisches Verständnis ist für viele Anwendung interessant. Große Forschungsanstrengungen - vor allem in den letzten Jahren - haben neu entwickelte grenzflächenspezifische experimentelle Techniken und neue theoretische Methoden hervorgebracht. Inzwischen lassen sich sehr zuverlässige quantitative Ergebnisse erreichen.
• 7/2002 • Seite 63
Infrared Spectroscopy and the Atmosphere
In recent years, numerous studies concerning the atmospheric system have been published. However, we are still far from understanding the complex interplay of atmospheric dynamics and anthropogenous emissions. A key element in investigating the evolution of trace constituents in the troposphere and stratosphere is a global monitoring of the relevant molecules. This task is accomplished by state of the art instrumentation on satellites. This task is accomplished by state of the art instrumentation on satellites. The analysis of the corresponding atmospheric spectra requires the combination in the laboratory of the best experimental techniques and sophisticated models: we can now for example determine accurate line intensities for unstable molecules and model the spectrum of heavy species.
• 7/2002 • Seite 69
Quantendynamik korrelierter Coulomb-Systeme
Geladene Teilchen - Elektronen, Ionen, Löcher im Festkörper oder Positronen - und die zwischen ihnen herrschende Coulomb-Kraft bestimmen die Struktur eines Großteils der uns umgebenden Materie. Darüber hinaus erzeugt der Mensch völlig neue, in der Natur gar nicht vorkommende Materieformen, wie Halbleiter-Quantenpunkte oder - mithilfe intensiver Laser - kurzzeitig exotische hochkomprimierte Plasmen. Eine Theorie dieser Systeme muss daher in der Lage sein, Wechselwirkungs- und Quanteneffekte zu berücksichtigen und sowohl langsame als auch sehr schnelle Prozesse zu beschreiben. Der Autor bietet zu diesem Artikel Computeranimationen sowie Ergänzungen und Kommentare auf seiner Web-Seite an.
• 7/2002 • Seite 77
Was Einstein noch nicht sehen konnte
Da wir nicht täglich mit 90 % der Lichtgeschwindigkeit durch ein Wurmloch zu unserem Arbeitsplatz in der Nähe eines Schwarzen Lochs fliegen, sondern in einem durch die Newtonschen Gesetze sehr gut beschriebenen Zwickel des Universums leben, konnten wir leider keinen intuitiven Zugang für die spezielle und allgemeinrelativistische Raumzeit entwickeln. Dank schneller Rechner und moderner Computergrafik können wir aber heute die relativistischen Effekte simulieren und visualisieren (Animationen zum Artikel). Man ''versteht'' sie dadurch zwar auch nicht, aber man sieht sie wenigstens.
• 7/2002 • Seite 83
Orientierungsordnung in Flüssigkeiten
Symmetrien sind ein wichtiger Schlüssel, mit dem die Physik die Geheimnisse der Natur enträtselt und ordnet. Auch die Eigenschaften von kristalliner Materie hängen von inneren Symmetrien ab, die heute im Detail verstanden sind. Die mikroskopische Struktur sowie die lokale Punktsymmetrie in der Nahordnung von stark ungeordneten Systemen gehören dagegen zu den fundamentalen offenen Fragen auf dem Gebiet der kondensierten Materie. Die Vermutung, dass einfache Flüssigkeiten Fragmente mit polytetraedrischer (nichtkristalliner) Symmetrie aufweisen, hat schon früh die Bedeutung lokaler Symmetrien herausgestellt. Diese zufällig orientierten, hochmobilen Strukturen waren bislang experimentell nicht direkt zugänglich, da herkömmliche Streuexperimente zur Strukturbestimmung aufgrund intrinsischer Mittelungsprozesse in der Streuung es nur erlauben, die isotrope radiale Verteilungsfunktion zu bestimmen. Kürzlich gelang es nun erstmals, mit Synchrotronstrahlung eine lokale fünfzählige Symmetrie in flüssigem Blei direkt nachzuweisen. Die Beobachtung einer lokalen fünfzähligen Symmetrie in einfachen Flüssigkeiten wie Blei hat tiefergehende Bedeutung für das Verständnis der Stabilität kondensierter Materie. Die Experimente zeigen direkt, dass Kristalle und Flüssigkeiten strukturell nicht miteinander verwandt sind.
• 7/2002 • Seite 89
Photonische Bloch-Oszillationen in thermisch verstimmten Wellenleiterarrays
Quantenprozesse, wie z. B. die Echtzeit-Dynamik von Elektronen in einem Festkörper, sind meist subtil und nur schwer zu vermessen. Viele Effekte in der Festkörperphysik wurden schon vor langer Zeit vorhergesagt, konnten aber erst in den letzten Jahren experimentell verifiziert werden. Ein fundamentales Problem war dabei die Oszillation von Elektronen im periodischen Potential eines Festkörpers, an den ein äußeres elektrisches Gleichfeld angelegt wird. Diese Oszillationen haben zwar Bloch und Zener schon Anfang des letzten Jahrhunderts in ihren Arbeiten beschrieben, aber erst vor wenigen Jahren gelang es, diese so genannten Bloch-Oszillationen zu beobachten. Dies gibt Anlass, um nach neuen Modellsystemen für die Erforschung von Quantenphänomenen zu suchen, mit denen sich die Experimente der Festkörperphysik ergänzen lassen.
• 7/2002 • Seite 95
Dynamische Mikroskopie von Nanostrukturen
Grundlagenforscher wie Industriephysiker interessieren sich gleichermaßen für die physikalischen Eigenschaften kleiner Strukturen, die aus wenigen bis einigen tausend Atomen bestehen. Kenntnisse über solche Nanostrukturen sind sowohl für neue Konzepte in der Oberflächenphysik von grundlegender Bedeutung, als auch für die kontrollierte Herstellung von Massenprodukten auf der Nanoskala. Da viele dieser Nanostrukturen jedoch allenfalls metastabil sind, lässt sich die gewünschte Information über zugrundeliegende atomare Prozesse nur erhalten, indem man deren zeitliche Entwicklung beobachtet - z. B. mithilfe dynamischer Rastertunnelmikroskope (RTMs).
Bücher/Software
• 7/2002 • Seite 120
W. Gratzer: The Undergrowth of Science. Delusion, Self-Deception and Human Frailty
• 7/2002 • Seite 120
U. E. Schröder: Gravitation. Einführung in die Allgemeine Relativitätstheorie
• 7/2002 • Seite 120
D. J. Raine, E. G. Thomas: An Introduction to the Science of Cosmology
• 7/2002 • Seite 121
F. S. Levin: An Introduction to Quantum Theory
• 7/2002 • Seite 121
V. F. Müller: Quantenmechanik
• 7/2002 • Seite 121
M. Köhler: Nanotechnologie. Eine Einführung in die Nanostrukturtechnik
• 7/2002 • Seite 122
D. Richards: Advanced Mathematical Methods with Maple
• 7/2002 • Seite 122
J. Voit: The Statistical Mechanics of Financial Markets
• 7/2002 • Seite 123
H. Roos, A. Hermann: Max Planck. Vorträge, Reden, Erinnerungen
• 7/2002 • Seite 123
A. Janik, M. Seekircher: Die Praxis der Physik
• 7/2002 • Seite 123
Software: Grapher 3 und Surfer 8
• 7/2002 • Seite 124
Software: Quick View plus
Tagungsberichte
DPG
• 7/2002 • Seite 129
Kurzprotokoll der Sitzungen von Vorstand und Vorstandsrat am 16. und 17. März 2002 in Leipzig
7/2002 • Seite 149
Bewerberliste
7/2002 • Seite 150
Tagungskalender
Physikzentrum Magnus-Haus Frühjahrstagungen
7/2002 • Seite 151
Aufnahmeantrag
Rubriken
7/2002 • Seite 17
Impressum
7/2002 • Seite 17
Klick ins Web
7/2002 • Seite 26
Personalien
7/2002 • Seite 130
Notizen
7/2002 • Seite 132
Neue Produkte
7/2002 • Seite 142
