Physik Journal 11 / 2024

Cover

Highlights der Physik
Was ist ein Elektron?
Kristallisation an Grenzflächen
Faktoren für Studienwahl

Ein Klassiker in der Ausstellung bei den Highlights der Physik ist der Selbstversuch mit Elektrostatik (Bild: Highlights der Physik, vgl. S. 10).


Ausgabe lesen

Meinung

Königsweg statt TrampelpfadErich Runge11/2024Seite 3

Königsweg statt Trampelpfad

Wie lassen sich Künstliche Intelligenz und Machine Learning in das Physikstudium integrieren?

Aktuell

Alexander Pawlak11/2024Seite 6DPG-Mitglieder

Von Spin-Gläsern zum Maschinellen Lernen

Alexander Pawlak11/2024Seite 7DPG-Mitglieder

Für eine Welt ohne Atomwaffen

Kerstin Sonnabend11/2024Seite 8DPG-Mitglieder

Ein Rückblick mit Ausblick

Kerstin Sonnabend11/2024Seite 10DPG-Mitglieder

Aus dem Bahnhof in die Ausstellung

Maike Pfalz11/2024Seite 11DPG-Mitglieder

Halbleiter in neuen Räumen

Kerstin Sonnabend11/2024Seite 12DPG-Mitglieder

Verteilter Fokus

Science4People / Kerstin Sonnabend11/2024Seite 12DPG-Mitglieder

Gegen Kriegsverbrechen

Maike Pfalz11/2024Seite 14DPG-Mitglieder

Physik und Medizin unter einem Dach

Anja Hauck11/2024Seite 15DPG-Mitglieder

Rendezvous mit einem Zwerg

Alexander Pawlak11/2024Seite 16DPG-Mitglieder

Der Mond auf Erden

Matthias Delbrück11/2024Seite 18DPG-Mitglieder

Zuschlag für Chile

Kerstin Sonnabend und Matthias Delbrück11/2024Seite 19DPG-Mitglieder

USA: Neu gleich alt?; Am Scheideweg; Viel Geld für viel Energie; Immigration benötigt

Leserbriefe

Gunter Heim; Dirk Petry11/2024Seite 21DPG-Mitglieder

Weniger Studierende – Gründe und Auswirkungen

Zu: G. Düchs und E. Runge, Physik Journal, August / September 2024, S. 29; mit Erwiderung der Autoren

High-Tech

Michael Vogel11/2024Seite 22DPG-Mitglieder

Hybridoptik fürs Virtuelle; Bestimmtes Risiko; Chip-integrierte Analytik; Erhöhte Probeneffizienz

Brennpunkt

Granulate mit Hang zum ThermischenEric Parteli11/2024Seite 24DPG-Mitglieder

Granulate mit Hang zum Thermischen

Laborexperimente offenbaren temperaturabhängige Alterungseffekte in granularen Medien, die bislang als athermisch galten.

Heißkalt?Finn Schmolke und Eric Lutz11/2024Seite 26DPG-Mitglieder

Heißkalt?

Der bis heute unverstandene Mpemba-Effekt ließ sich im Quantenreich beobachten.

Kerstin Sonnabend11/2024Seite 28DPG-Mitglieder

Auf den Punkt gebracht

Lehre

Physik studieren oder nicht?Daniel Laumann, Julia Welberg und Susanne Heinicke11/2024Seite 30DPG-Mitglieder

Physik studieren oder nicht?

Welche Faktoren beeinflussen die Wahl eines Physikstudiums?


Um dem Rückgang der Studierendenzahlen entgegenzuwirken, zielen diverse Initiativen darauf ab, das Interesse junger Menschen an Physik und einem entsprechenden Studium zu fördern. Aber was motiviert Jugendliche eigentlich zum Physikstudium? Studien aus der Physikdidaktik zeigen, wie wichtig eine Interessenförderung in der Schule ist – auch bei Jugendlichen ohne Physikkurse in der Oberstufe.

Die Anzahl an Neueinschreibungen in Physikstudien­gänge in Deutschland hat seit 2018 merklich abgenommen – von 16 592 im Jahr 2018 [1] auf 10 402 in diesem Jahr [2]. In diese Zeit fällt auch die Corona-Pandemie und der Rückgang betrifft auch andere Studiengänge – allerdings weniger stark. (Abb. 1).

Schreiben wir die jährliche Abnahme des Anteils von Physik-Neueinschreibungen fort, beträgt der Rückgang etwa 0,1 Prozent pro Jahr – ausgehend von 2,3 Prozent im Jahr 2023. Auch wenn die Gesamtzahl der Neuimmatrikulierten nach 2026 durch höhere Geburtsraten und Zuwanderung steigen sollte [4], bedeutet das nicht zwangsläufig, dass Physikstudiengänge davon profitieren. Beispielsweise wählen viele potenzielle Studierende stattdessen Informatik [2], das einzige MINT-Studienfach mit wachsenden Zahlen. Darüber hinaus nehmen die Leistungskurs-Belegungen in Physik ab: Von 5 % im Schuljahr 02/03 auf 3,4 % im Schuljahr 22/23 [5]. Mädchen und Frauen bleiben unterrepräsentiert: 41 % Schülerinnen in Grundkursen, 24 % in Leistungskursen [5], 33 % in Physikstudiengängen [2] .
Daher gibt es in vielen Physik-Fachbereichen in Deutschland angeregte Debatten über mögliche Konsequenzen des Rückgangs der Studierenden- und Kursanmeldungen in der Sekundarstufe II und darüber, wie diesem Trend zu begegnen ist. Vielfach gehen die Diskussionen von folgenden Annahmen aus: (...)


weiterlesen

Überblick

Einflussreiches SubstratOleksandr Dolynchuk und Thomas Thurn-Albrecht11/2024Seite 35DPG-Mitglieder

Einflussreiches Substrat

Wie und warum induzieren Grenzflächen in Flüssigkeiten Kristallisation?

Die Kristallisation von Flüssigkeiten beim Abkühlen beginnt häufig an der Grenzfläche zu einem Festkörper. Das gilt für einfache und auch für komplexere Flüssigkeiten wie Polymerschmelzen. Dabei kann die Kristallisation durch Keimbildung oder durch „Prefreezing“ geschehen [2 – 4]. Das Verständnis dieser physikalischen Prozesse ist von grundlegendem Interesse und für viele Anwendungen von Bedeutung. Bei der experimentellen und theoretischen Untersuchung dieser Vorgänge in Modellpolymeren gab es zuletzt große Fortschritte.

Die Kristallisation von Flüssigkeiten setzt in der Regel­ an den Grenzflächen zu fremden festen Ober­flächen wie Substraten, den Wänden von Behältern oder kleinen Partikeln wie Verunreinigungen oder Keimbildnern ein. Besonders wichtig ist dieser Prozess für Poly­mere, also für lange Kettenmoleküle, aus denen beispielsweise Kunststoffe bestehen. Denn letztere werden meist in geschmolzenem Zustand verarbeitet, aber im festen, meist kristallinen Zustand verwendet. Ihr kristalliner Zustand hängt stark von den Kristallisationsbedingungen ab. Additive, die als Keimbildner dienen, helfen bei der Verarbeitung von Polymeren häufig, die Kristallisation zu beschleunigen oder mechanische bzw. optische Eigenschaften zu verbessern. Daher ist ein detailliertes Verständnis der grenzflächeninduzierten Kristallisation in Polymeren nicht nur für die Grundlagenforschung wichtig, sondern auch für mögliche Anwendungen.

Die Kristallisation einer Flüssigkeit erfolgt in zwei ­Schritten: Keimbildung und Wachstum. Zunächst muss sich ein kleiner, neuer Kristall bilden. Dieser Keim ist wegen­ ­seiner Grenzflächenenergie zur umgebenden Flüssig­keit oder Schmelze (der Oberflächenenergie) zunächst instabil,­ bis er eine gewisse kritische Mindestgröße – den kritischen Radius – erreicht hat. Erst jenseits davon stabilisiert weiteres Wachstum des Kristalls das System. In der klassischen Keimbildungstheorie ist dies charakterisiert durch eine größen­abhängige freie Enthalpie G: Bei der Keimbildung ist zunächst eine Energiebarriere ΔG* zu überwinden (aktivierter Prozess, Abb. 1a) [2]. Die Wahrscheinlichkeit zum Über­winden dieser Barriere ist proportional zu exp(–ΔG*/kBT). Da ΔG* mit zunehmender Unterkühlung unter die Schmelztemperatur sinkt, nimmt die Keim­bildungsrate zu. Meist findet Kristallisation daher immer erst bei einer gewissen Unterkühlung statt, d. h. einige­ Kelvin bis einige 10 K unterhalb der Schmelztempe­ratur. Die zweistufige Kristallisation bildet sich direkt ab in der typischen Morphologie kristalliner Polymere, die auf mikroskopischer­ Skala meist aus Sphäruliten bestehen (Abb. 1b). Im Zentrum eines Sphärulits befindet sich ein Keim, von dem aus Kristallite in radia­ler Richtung weiter­ wachsen und sich dabei verzweigen. Die resultierende Struktur lässt sich zum Beispiel mit dem Rasterkraft­mikroskop sichtbar machen (Abb. 1c). (...)

weiterlesen
Was ist ein Elektron?Thomas Brückner11/2024Seite 40DPG-Mitglieder

Was ist ein Elektron?

Die grundlegende Frage nach der Beschreibung und dem Wesen von Elementarteilchen eröffnet neben der physikalischen auch eine philosophische Perspektive.

Das Standardmodell der Teilchenphysik bildet eine wesentliche Grundlage der modernen Physik. Doch was sind Elementarteilchen eigentlich? Diese Frage führt aus der Physik in die Philosophie, speziell in die Ontologie, die Lehre vom Sein.

Das Standardmodell stellt gegenwärtig die beste Erklärung der physikalischen Welt dar und ist in beeindruckender Weise experimentell bestätigt. Es beschreibt in einer komprimierten Form alle bekannten Elementarteilchen außer dem Graviton sowie deren Wechselwirkungen in einer zusammenhängenden Weise. (Das Standardmodell berücksichtigt die Gravitation nicht, doch von der Existenz des Gravitons wird mehrheitlich ausgegangen, auch wenn ein experimenteller Nachweis noch fehlt.) Aber natürlich lässt sich nicht ausschließen, dass es in der Zukunft eine noch bessere Erklärung geben wird.

Das Standardmodell gibt allerdings keine Antwort auf die Frage, um was es sich bei den beschriebenen Elementarteilchen wie dem Elektron eigentlich handelt. Über die Eigenschaften hinaus, die sich etwa einem Elektron zuschreiben lassen, wie Ladung oder Ruhemasse, stellt sich die Frage, ob ein Elektron beständig bzw. materiell ist: Besteht es aus Materie, aus Energie oder aus etwas anderem? Sucht man Antworten auf diese Fragen, so gerät man unvermeidlich in den Grenzbereich von Physik und Philo­sophie. Daher möchte ich in diesem Artikel schildern, welche Charakterisierungen diese beiden Disziplinen jeweils aktuell anbieten [1].

Für die Physik setzt sich jedes Stück Materie wie ein Stein oder ein Stück Holz aus kleineren Teilchen zusammen. Die kleinsten Teilchen jeder Materie sind die Elektronen sowie die Neutronen und Protonen, die wiederum aus Quarks bestehen. Welche Klassifizierung bietet das Standard­modell hinsichtlich der Elementarteilchen? Diese setzen sich aus Fermionen und Bosonen zusammen [2]. Die Fermionen unterteilt man dabei in Leptonen und Quarks. Die sechs Arten von Leptonen sind das Elektron e, Myon μ, Tauon τ sowie die drei entsprechenden Neutrinos. Zusammenfassend ergeben sich folgende Aussagen des Standardmodells (Abb. 1): (...)

weiterlesen

Physik im Alltag

Eine runde SacheDenise Müller-Dum und Jens Kube11/2024Seite 46DPG-Mitglieder

Eine runde Sache

Für die beständige Rotation des Hula-Hoop-Reifens spielt die Physik eine wichtige Rolle.

Menschen

Maike Pfalz11/2024Seite 49DPG-Mitglieder

„Das erweitert den Horizont unheimlich.“

Interview mit Stefan Petersen

11/2024Seite 50DPG-Mitglieder

Personalien

Amand Faessler und Erich Plies11/2024Seite 54DPG-Mitglieder

Zum Gedenken an Claus Jönsson

Peter Kostka, Christian Spiering, Rainer Wallny, Karl Jakobs und Beate Heinemann11/2024Seite 55DPG-Mitglieder

Nachruf auf Max Klein

Rezensionen

Kerstin Sonnabend11/2024Seite 56DPG-Mitglieder

FibreTigre, Héloïse Chochois und Arnold Zephir: Künstliche Intelligenz

Alexander Pawlak11/2024Seite 56DPG-Mitglieder

Michael Gamper und Lukas Wolff: Physiker lesen, ­Physiker schreiben

Alexander Pawlak11/2024Seite 57DPG-Mitglieder

70 Jahre CERN

DPG

11/2024Seite 34DPG-Mitglieder

Physik im Advent

11/2024Seite 48DPG-Mitglieder

Virtuelle Jobbörse

Elin Vocks11/2024Seite 58DPG-Mitglieder

Capri-Sommer-Sonne

M. Richter, S. Eisebitt, A. Saenz und K. Horn11/2024Seite 58DPG-Mitglieder

Mitgliederversammlung der Physikalischen Gesellschaft zu Berlin e.V.

Tagungen

Nadja-Carola Bigall, Calà Lesina, Michael Kues11/2024Seite 60DPG-Mitglieder

Photonics for Information Processing

811. WE-Heraeus-Seminar

Sabrina Disch, Andreas Michels, Sebastian Mühlbauer11/2024Seite 60DPG-Mitglieder

Bridging Length Scales in Magnetism – Diffuse Scattering from the Atomic to the Mesoscale

812. WE-Heraeus-Seminar

Axel Pelster, Carlos Sá de Melo11/2024Seite 60DPG-Mitglieder

Advances in Quantum Simulation and Sensing with Ultracold Gases

813. WE-Heraeus-Seminar

Philipp Maaß, Artem Ryabov11/2024Seite 61DPG-Mitglieder

Nonequilibrium Dynamics of Micro- and Nanoparticles: Theory & Experiment

815. WE-Heraeus-Seminar

Florian Kaiser, Petr Siyushev, Vadim Vorobyov11/2024Seite 61DPG-Mitglieder

Silicon Carbide: Classical and Quantum Technologies

816. WE Heraeus-Seminar

Axel T. Neffe, Regina Ciancio, Rafal Dunin-Borkowski11/2024Seite 61DPG-Mitglieder

Frontiers in Correlative Material Characterization: Samples, Techniques, Instrumentation and Data Management

Italienisch-Deutsches WE-Heraeus-Seminar

Marinus Lehmann, Tom Kermer11/2024Seite 62DPG-Mitglieder

Integrable Techniques in Theoretical Physics

Bad Honnef Physics School

Thomas Bischof, Alexander Hadamitzky11/2024Seite 62DPG-Mitglieder

Astronomie

DPG-Lehrkräfte-Fortbildung

11/2024Seite 63DPG-Mitglieder

Tagungskalender

Notizen

11/2024Seite 62DPG-Mitglieder

Notizen

Aktuelle Ausgaben

11 / 2024

10 / 2024

8-9 / 2024

7 / 2024

6 / 2024

5 / 2024

weitere Ausgaben

Themen