Physik Journal 12 / 2023

Meinung

Vernetzt weiterentwickelnFriederike Korneck und Andreas Borowski12/2023Seite 3

Vernetzt weiterentwickeln

Für eine bessere Lehrkräftebildung müssen alle Akteure zusammenarbeiten.

Aktuell

Alexander Pawlak12/2023Seite 6DPG-Mitglieder

Die Sterne waren nur der Anfang

Mit zwei Galas in Jena und München starteten die Feiern und Veranstaltungen
zum 100-jährigen Jubiläum des Planetariums.

Alexander Pawlak12/2023Seite 7DPG-Mitglieder

Appelle der Wissenschaft

Die terroristischen Angriffe der Hamas und der Krieg im Gazastreifen erfüllen auch die
wissenschaftliche Welt mit Trauer und Sorge.

Anja Hauck / Wissenschaftsrat12/2023Seite 8DPG-Mitglieder

Flotte Erneuerung

Der Wissenschaftsrat empfiehlt, die regionale deutsche Forschungsflotte zu modernisieren.

Anja Hauck / WR / GWK12/2023Seite 8DPG-Mitglieder

Neuer Weg zur Promotion

Anja Hauck / Wissenschaftsrat12/2023Seite 10DPG-Mitglieder

Digitale Wissenschaft

Der Wissenschaftsrat spricht Empfehlungen für die Souveränität und Sicher­heit von Wissenschaft im digitalen Raum aus.

Maike Pfalz / MPG12/2023Seite 10DPG-Mitglieder

Pulsarsuche von Zuhause

Mit Einstein@Home und Zooniverse sollen Bürgerinnen und Bürger bislang unbekannte Pulsare identifizieren.

Alexander Pawlak12/2023Seite 11DPG-Mitglieder

Mehr Nachhaltigkeit und Wettbewerb

Delegierte der 22 ESA-Mitgliedsstaaten und der Europäischen Union trafen sich zum zweiten Weltraumgipfel.

Anja Hauck / DLR12/2023Seite 12DPG-Mitglieder

Das Unsichtbare sichtbar machen

Die Mission Euclid liefert erste Bilder von
nahegelegenen Regionen des Universums.

Matthias Delbrück12/2023Seite 13DPG-Mitglieder

Japanische ITERation

Ein neuer Testreaktor für die Technologien von ITER hat den Probebetrieb aufgenommen.

Matthias Delbrück12/2023Seite 14DPG-Mitglieder

USA: Kernige Pläne; Forschungsdaten besser verarbeiten; Sieben Hubs für Wasserstoff

Leserbriefe

Frank Rinn12/2023Seite 15DPG-Mitglieder

Falscher Anschluss gewählt

Zu: J. Kube, Physik Journal, ­Oktober 2023, S. 40

Thomas Möller12/2023Seite 15DPG-Mitglieder

Alternativen erwähnen

Zu: B. von Krosigk, Physik Journal, ­August / September 2023, S. 61
Mit Erwiderung von B. von Krosigk

High-Tech

Michael Vogel12/2023Seite 16DPG-Mitglieder

Fingerabdruck von ­Atomwaffenlagern / Hautkontakt ohne Nachteile / Rauscharm, schnell und ­hochauflösend / Panscher überführen

Brennpunkt

Unstete RotationSimon Stellmer12/2023Seite 18DPG-Mitglieder

Unstete Rotation

Mit einem Ringlaser-Gyroskop lässt sich bestimmen, wie sich der Transport großer Massen in den Ozeanen und der Atmosphäre auf die Erdrotation auswirkt.

Eine neue Ära für AnyonenTitus Neupert und Glenn Wagner12/2023Seite 20DPG-Mitglieder

Eine neue Ära für Anyonen

Jüngste Experimente zeigen, dass der fraktionale Quanten-Hall-Effekt
auch ohne Magnetfeld existieren kann.

Nobelpreis

Nobelpreis Physik: Stoppuhr für ElektronenCord Arnold und Matthias Kling12/2023Seite 22DPG-Mitglieder

Nobelpreis Physik: Stoppuhr für Elektronen

Der diesjährige Nobelpreis für Physik zeichnet Forschungen aus, welche die
entscheidenden Grundlagen für die Attosekundenphysik gelegt haben.

Die Historie der Attosekundenphysik ist eng verbunden mit Entwicklungen in der Lasertechnik. Pierre Agostini, Ferenc Krausz und Anne L’Huillier haben maßgeblich dazu beigetragen, Attosekundenpulse erzeugen zu können, mit denen sich die Dynamik von Elektronen in Materie untersuchen lässt. Ihnen gilt unser herzlicher Glückwunsch, genau wie allen anderen, die zur Entwicklung des Gebietes beigetragen haben!

Seit jeher ist es faszinierend, Phänomene zu verstehen, die sich nicht mit unseren Sinnen begreifen lassen, weil sie auf zu kleinen oder zu schnellen Skalen passieren oder beides gleichzeitig. Tatsächlich gibt es eine deutliche Korrelation zwischen der Größe eines Objektes und der Geschwindigkeit seiner zugrunde liegenden Dynamik. Menschen sind gewöhnt an Abläufe auf der Skala von Sekunden oder Sekundenbruchteilen. Für schnellere Dynamik benötigen wir Werkzeuge, wie Kameras mit kurzer Belichtungszeit oder stroboskopische Beleuchtung (Abb. 1). Nähert man sich der Größenskala von Molekülen und einzelnen Atomen, liegt die Dynamik für das Bilden und Aufbrechen chemischer Bindungen im Femtosekunden-Bereich (1 fs = 10–15 s). Das Sichtbarmachen solcher Prozesse würdigte 1999 der Chemie-Nobelpreis für Ahmed Zewail. Noch schneller ist die Dynamik der Elektronen: Im Bohrschen Atommodell lässt sich der Umrundung eines Wasserstoff-Atoms durch ein Elektron eine Dauer von etwa 150 Attosekunden (1 as = 10–18 s) zuordnen. 

Der diesjährige Nobelpreis in Physik würdigt die Entwicklung von Werkzeugen, die es erlauben, die Dynamik von Elektronen auf der Attosekunden-Zeitskala sichtbar zu machen und zu untersuchen. Ausgangspunkt war die Entwicklung immer intensiverer Laser, in deren Folge in den 1970er- und 1980er-Jahren der Untersuchung von Ionisationsprozessen in starken Laserfeldern viel Aufmerksamkeit gewidmet wurde. Pierre Agostini hatte dazu mit der Ent­deckung der Above-Threshold Ionisation (ATI) beigetragen [1]. Später sollte sich herausstellen, dass dieser Prozess eng mit der Erzeugung von Attosekundenpulsen verknüpft ist. (...)

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Nobelpreis Chemie: Die Größe macht‘sAlf Mews und Wolfgang J. Parak12/2023Seite 27

Nobelpreis Chemie: Die Größe macht‘s

Der Nobelpreis für Chemie zeichnet grundlegende Arbeiten zur Entdeckung und Synthese von Quantenpunkten aus.

Quantenpunkte bestehen aus zehn bis zehntausend Atomen eines Halbleitermaterials und tragen wegen ihrer Größe auch die Bezeichnung Nanokris­talle. Sie existieren eingebettet in Festkörpern sowie als Kolloide in Lösung. Kolloidale Quantenpunkte sind an der Oberfläche mit Molekülen belegt; da sie sehr viel kleiner als die Wellenlänge sichtbaren Lichts sind, erscheinen sie als transparente farbige Lösungen. Die Nanokristalle lassen sich gezielt mit einer Methode herstellen, die auf den Arbeiten des jüngsten der diesjährigen Chemie-Nobelpreisträger, Moungi G. Bawendi, beruht. Bei der Entdeckung und ersten Synthese von Quantenpunkten haben Louis E. Brus und Aleksei I. Ekimov entscheidende Beiträge geleistet. Allen dreien möchten wir mit diesem Beitrag herzlich gratulieren.

Wie so oft in der Geschichte der Wissenschaft geht auch die Entdeckung chemisch hergestellter Quantenpunkte nicht auf eine Person zurück, sondern wurde an verschiedenen Orten unabhängig voneinander vorangetrieben. So untersuchte Aleksei Ekimov in den frühen 1980er-Jahren die Wachstumskinetik von Kupferchlorid-Mikrokristallen in Glasschmelzen. Dabei beobachtete er, dass die Gläser je nach den Bedingungen, unter denen die Reaktion ablief, unterschiedliche Anteile des ultravioletten und sichtbaren Licht absorbierten. 1981 zeigte er, dass sich dieser Effekt auf im Glas eingeschlossene, verschieden große Nanokristalle aus Kupferchlorid zurückführen lässt [1]. Leider waren die winzigen Partikel nicht frei zugänglich und die Absorptionswellenlänge verschob sich nur um wenige Nanometer. Dennoch gelang es, die Größe der Nanokristalle eindeutig mittels Lichtstreuexperimenten nachzuweisen und damit den Größenquantisierungseffekt in Quantenpunkten erstmalig zu zeigen. 

Zeitgleich fanden jenseits des eisernen Vorhangs in der Gruppe des 2012 verstorbenen Arnim Henglein Experimente statt, um photogenerierte Elektronen in kleinen Halbleiterpartikeln für Reduktions- und Oxidations­prozesse zu nutzen. Am Hahn-Meitner-Institut in West-Berlin, das heute zum Helmholtz-Zentrum Berlin gehört, gelang die Synthese sehr kleiner Metall- und Halbleiter­partikel mit unterschiedlichen kolloidchemischen Ansätzen. Das ursprüngliche Ziel war es, durch eine geringe Größe der Partikel die Diffusionswege der Ladungsträger an die Oberfläche der Teilchen zu verkürzen. Das sollte die photo­chemischen Prozesse, die zum Beispiel zur photokatalytischen Wasserspaltung führen können, möglichst effektiv gestalten. Im Rahmen dieser Entwicklungen entstanden Synthesen, wie die Reaktion gelöster Cadmium­salze mit Sulfiden bei sehr hohen pH-Werten, um die Reak­tivität der Ausgangsverbindungen zu erhöhen und damit möglichst kleine Partikel herzustellen. Dabei wunderten sich Henglein und seine Gruppe, dass die Reaktion nicht zu einer für Cadmiumsulfid charakteristischen Gelbfärbung führte, sondern teilweise farblose Lösungen hervorbrachte. Erst spektroskopische Untersuchungen zeigten, dass sich die Absorptionswellenlänge aus dem sichtbaren in den UV-Bereich verschoben hatte, da für solch kleine, kolloidal gelöste Kristalle die Energie des sichtbaren Lichts nicht mehr ausreicht, um die Ladungsträger optisch anzuregen. (...)


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Forum

Die Flamme weitergebenAnja Hauck12/2023Seite 32DPG-Mitglieder

Die Flamme weitergeben

Vor vierzig Jahren öffnete das erste Science Center Deutschlands seine Pforten: das Spectrum in Berlin.

Mir ist schwindelig. Der Grund dafür steht im Science Center Spectrum in Berlin. Dort gibt es einen Kreisel, der eindrucksvoll das Prinzip der Drehimpulserhaltung demonstriert. Ich stelle mich auf die Plattform und gebe dem Kreisel einen kleinen Schubs. Solange ich mich gerade hinstelle oder nach hinten lehne, dreht er sich in gemächlichem Tempo. Lehne ich mich jedoch nach vorne, nimmt er so richtig Fahrt auf und ich bin froh, als ich wieder festen Boden unter den Füßen habe.

Dieses Experiment gehört zu den ersten Versuchen des Spectrums und war schon bei der Eröffnung 1983 dabei. Damals hieß das Spectrum noch Versuchsfeld und beherbergte anfangs rund 40 Experimente. All diesen Versuchen war gemeinsam, dass die Besucherinnen und Besucher selbst Hand anlegen sollten. 

Bremen, Heilbronn, Flensburg, Pirmasens, Wolfsburg und viele weitere – die Liste der Science Center in Deutschland ist mittlerweile lang. Das erste von ihnen war das Spectrum in Berlin, das zum dortigen Technikmuseum gehört. Die Idee dazu entstand Anfang der 1980er-Jahre, als der vom Deutschen Museum in München kommende Günther Gottmann den Auftrag hatte, das Technikmuseum aufzubauen. Ihm schwebte unter anderem eine Abteilung mit Experimenten vor, ähnlich wie er das in den USA bereits gesehen hatte. Daher suchte er jemanden, der diesen Bereich übernehmen und aufbauen konnte, und fand ihn in dem Physiker Otto Lührs. Dieser besaß nicht nur das theoretische Wissen, sondern auch die nötigen praktischen Fähigkeiten. (...)

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Bildung und Beruf

Krise überwundenMatthias Zimmermann, Tobias Ruf und Anja Metzelthin12/2023Seite 35DPG-Mitglieder

Krise überwunden

Der Arbeitsmarkt für Physikerinnen und Physiker

Der Arbeitsmarkt für Physiker:innen steht dieses Jahr so gut da wie seit Jahren nicht mehr. Die Zahl der Arbeitslosen liegt trotz eines minimalen Anstiegs um zwei Prozent signifikant unter dem Niveau vor der Corona-Krise. Im Vergleich mit den Gesamtarbeits­losenzahlen hat sich der Arbeitsmarkt für Physiker:innen besser von der Corona-Krise erholt: Die Zahl offener Stellen ist im zweiten Jahr in Folge deutlich um 35 Prozent gestiegen und damit so hoch wie noch nie.

Für den Arbeitsmarkt von Physiker:innen gibt es zwei Datenquellen – die Zahlen des Mikrozensus und die der Bundesagentur für Arbeit. Erstere basieren auf einer umfangreichen Befragung und Modellbildung. Dadurch beleuchten sie einen um drei bis vier Jahre zurückliegenden Stand des Arbeitsmarktes – aktuell das Jahr 2019. Der Mikrozensus betrachtet alle erwerbstätigen Physiker:innen, die nach Selbstauskunft einen akademischen Physikabschluss besitzen, insgesamt 116 800 Personen [1]. Sie arbeiten in vielen Berufen (Abb. 1). Den Anteil mit einer Tätigkeit in klassischen Physikberufen, also dem „Erwerbsberuf Physiker:in“, beziffert der Mikrozensus mit 16 Prozent [2]. Die Daten der Bundesagentur erscheinen monatlich bzw. jährlich und beziehen sich lediglich auf die Gruppe „Erwerbsberuf Physiker:in“ aus dem Mikrozensus. Daten zu Arbeitslosen und offenen Stellen für „Physiker:innen“ erhält die DPG jährlich im Rahmen einer Sonderauswertung basierend auf den September-Zahlen des jeweils betrachteten Jahres. Die im Folgenden von der Bundesagentur angegebenen Zahlen zu den sozialversicherungspflichtig Beschäftigten beziehen sich immer auf das Ende des Kalenderjahres [3]. (...)

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DPG – 25 Jahre AKC

Ulrike Böhm, Beate Klösgen, Dagmar Paarmann und Agnes Sandner12/2023Seite 38DPG-Mitglieder

Vom Nutzen des Netzwerkens

Gemeinsam fällt der Weg zu Erfolg und Chancengleichheit leichter.

Monika Bessenrodt-Weberpals und Agnes Sandner12/2023Seite 39DPG-Mitglieder

Eine Geschichte der Interaktion

IUPAP und AKC blicken auf eine lange gemeinsame Zusammenarbeit zurück.

Ruzin Aganoglu, Monika Bessenrodt-Weberpals, Agnes Sandner und Angelica Zacarias12/2023Seite 41DPG-Mitglieder

Gelungener Austausch

Rückblick auf die achte Auflage der „International Conference on Women in Physics“

12/2023Seite 42DPG-Mitglieder

Physikerin der Woche

Lehre

Das „perfekte“ LehramtsstudiumSusanne Heinicke, Christoph Kulgemeyer, Heiko Krabbe, Pascal Klein, Friederike Korneck, Thomas Zügge und Markus S. Feser12/2023Seite 43DPG-Mitglieder

Das „perfekte“ Lehramtsstudium

Die Erkenntnisse physikdidaktischer Forschung erlauben es, die Ergebnisse
der Lehramtsstudie von DPG und KFP einzuordnen.

„Letztlich haben alle kritischen Stimmen zum Begleitstudium und zum Fachstudium einen gemeinsamen Kern: Man erwartet, daß auch die ‚wissenschaftliche Ausbildung‘ in der Stoffauswahl und Methodik das Berufsziel ‚Lehrer‘ mitberücksichtigt“ [1, S. 15]. So lassen sich große Teile der Lehramtsstudie zusammenfassen, welche die DPG gemeinsam mit der Konferenz der Fachbereiche Physik (KFP) im Mai veröffentlicht hat [2]. Allein: Das Zitat fasst die Kritik am Lehramtsstudium von 1948 bis 1968 zusammen. Die physikdidaktische Forschung hat sich in den letzten Jahrzehnten der Frage gewidmet, wie ein Lehramtsstudium der Physik konzipiert werden sollte: Dieses forschungsbezogene fachdidaktische Wissen hilft dabei, die Ergebnisse der aktuellen Studie richtig zu verstehen.

Seit Beginn der 2000er-Jahre ist der Bedarf an grundständig ausgebildeten Physik-Lehrkräften nicht mehr gedeckt [3 – 5]. Aktuelle Berechnungen der Länder weisen auf einen hohen und zukünftig weiter wachsenden Mangel qualifizierter Lehrkräfte hin. Zum Beispiel ergeben die Berechnungen für Nordrhein-Westfalen, dass sich bis 2030 nur 18 Prozent der frei werdenden Stellen in Physik besetzen lassen. Ursachen finden sich unter anderem in den stagnierenden bis sinkenden Studierendenzahlen sowie in den zu hohen Quoten von Studienabbrüchen und Studien­fachwechseln bei gleichzeitig steigenden Schülerzahlen. Für letztere wird derzeit die Schätzung aus dem Jahr 2021, dass bis 2035 ein Zuwachs um eine Million bzw. zehn Prozent erfolgt, eher nach oben korrigiert. 

Angesichts der dramatischen Lage stellt sich die Frage: Was tun? Viele Akteure, beherztes Anpacken und innovative Ideen sind gefragt. Quer- und Seiteneinstiegsprogramme ohne systematische universitäre Beteiligung finden als temporäre Notmaßnahmen immer mehr Verbreitung und in stetig wachsendem Umfang arbeiten studentische Vertretungslehrkräfte an Schulen. Beides beeinflusst die Unterrichtsqualität: Physikdidaktische Forschungsprojekte zeigen signifikante Unterschiede zwischen diesen Lehrkräften und regulär ausgebildeten in Bezug auf päda­gogisches Wissen, transmissive Lehr-Lern-Überzeugungen, das Wissenschaftsverständnis und die Offenheit für Erfahrungen [5, S. 15]. Wichtig ist daher vor allem die qualifizierte Ausbildung von Nachwuchslehrkräften in den Lehramtsstudiengängen. (...)

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Physik im Alltag

Feuerwerk neu gedachtDenise Müller-Dum und Jens Kube12/2023Seite 48DPG-Mitglieder

Feuerwerk neu gedacht

Um mit Licht Bilder an den Nachthimmel zu zeichnen, eignen sich Drohnen
mit programmierbaren LEDs – auch als Alternative zum klassischen Feuerwerk.

Menschen

Maike Pfalz12/2023Seite 50DPG-Mitglieder

„Das ist nicht nur eine Leistung von uns dreien.“

Interview mit Benno Willke

12/2023Seite 51DPG-Mitglieder

Personalien

Max Koch, Dagmar Krefting, Thomas Kurz, Stefan Luther, Robert Mettin, Ulrich Parlitz, Alfred Vogel und Martin Wiesenfeldt12/2023Seite 55DPG-Mitglieder

Zum Gedenken an Werner Lauterborn

Rezensionen

Kerstin Sonnabend12/2023Seite 56DPG-Mitglieder

Jens Müller, Julius Wiedemann: The Computer – A History from the 17th Century to Today

Maike Pfalz12/2023Seite 56DPG-Mitglieder

Thomas Pesquet: 200 Tage auf der ISS

Kerstin Sonnabend12/2023Seite 57DPG-Mitglieder

Alexander Barter, Daryn Schnipper: Die Geschichte der Uhr

Alexander Pawlak12/2023Seite 58DPG-Mitglieder

Große Schmuckausgaben: Mary ­Shelley: ­Frankenstein und Jules Verne: 20 000 Meilen unter den Meeren

Anja Hauck mit Leon (11 Jahre)12/2023Seite 58DPG-Mitglieder

Raman Prinja: Wunder am Sternenhimmel

Philipp Treutlein mit Charlotte (12 Jahre)12/2023Seite 59DPG-Mitglieder

Robert Löw, Oliver Schmaering, Aaron Cushley: Das Elektron im Swimmingpool

DPG

12/2023Seite 9DPG-Mitglieder

Physik im Advent

Jan Lange12/2023Seite 60DPG-Mitglieder

Die junge DPG zu Gast in Bari

Nach dreijähriger pandemiebedingter Pause fand wieder ein Austausch mit Italien statt.

Tagungen

12/2023Seite 61DPG-Mitglieder

Tagungskalender

Martin Holthaus und Peter Reimann12/2023Seite 62DPG-Mitglieder

Nonequilibrium Physics – Current Trends and Future Perspectives

793. WE-Heraeus-Seminar

Christoph Arndt, Markus Köhler, Roland Dittmeyer und Moritz Wolf12/2023Seite 62DPG-Mitglieder

Sustainable Aviation Fuels – Design, Production and Climate Impact

789. WE-Heraeus-Seminar

Johannes Zeiher und Florian Meinert12/2023Seite 62DPG-Mitglieder

Applications of Ultracold Rydberg Gases

792. WE-Heraeus Seminar

Paola Caselli, Holger Kreckel und Melanie Schnell12/2023Seite 63DPG-Mitglieder

Laboratory Astrophysics in the Age of ALMA and JWST

799. WE-Heraeus-Seminar

Sandra Metych, Karina Morgenstern und David Van Craen12/2023Seite 63DPG-Mitglieder

Photoinduced, Charge- Driven, and Molecular Processes under Confinement

796. WE-Heraeus-Seminar

Benjamin Stickler, Uroš Delić und Nadine Meye12/2023Seite 63DPG-Mitglieder

Exploiting Levitated Particles in the Quantum Regime

794. WE-Heraeus Seminar

Vincent Mauritz, Katharina Dehm und Simon Hager12/2023Seite 64DPG-Mitglieder

Exciting Nanostructures: Characterizing Advanced Confined Systems

Bad Honnef Summer School 

Nikolai Kaschewski, Leon Mixa, Stefanie Moll, Chris Nill, Alexander Wolf12/2023Seite 64DPG-Mitglieder

Ultracold Atoms and Molecules

Bad Honnef Phyics School

Sarah Seibert, Julian Voits und Ruben Haag12/2023Seite 64DPG-Mitglieder

Physics of Viruses

Bad Honnef Phyics School

Martin Böckmann-Barthel,12/2023Seite 65DPG-Mitglieder

Praktikumsleitertagung der AG Physikalische Praktika

Markus Stocker12/2023Seite 65DPG-Mitglieder

Naturphänomene

DPG-Lehrerfortbildung

Philipp Rüßmann, Samir Lounis, Phivos Mavropoulos, Manuel dos Santos Dias12/2023Seite 65DPG-Mitglieder

First-principles Green Function Formalisms: Algorithms, Method Devel­opments and Applications to Spinorbitronics and Magneto-Superconductivity

WE-Heraeus-Workshop

Notizen

12/2023Seite 67DPG-Mitglieder

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