Tag der Physik - Wunder der Physik im Alltag

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Während leichtere Elemente durch Kernfusion im Inneren von Sternen produziert werden, entstehen schwere Elemente (schwerer als Eisen, wie z.B. Gold oder Uran) hauptsächlich bei extremen astrophysikalischen Ereignissen wie der Verschmelzung von Neutronensternen oder einer Supernova-Explosion. Dabei werden Atomkerne bei Temperaturen von mehreren Milliarden Grad in hoher Dichte innerhalb von Sekundenbruchteilen mit Neutronen bombardiert, was zu neuen, sehr schweren Elementen führt. Auf etwas andere Art können wir heute schwere Elemente im Labor produzieren und so den alten Traum der Alchimisten wahr machen. Ob uns das zu grenzenlosem Reichtum verhilft, erfahren Sie in diesem Vortrag.

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Was macht man eigentlich als Physikstudent den ganzen Tag? Zwischen Vorlesungen, Praktika und Forschungsprojekten bleibt oft wenig Zeit, sich diese Frage bewusst zu stellen. In diesem Vortrag gebe ich einen Einblick in meinen Alltag als Physikstudent und erzähle, wie ich früh in die Welt der Teilchenphysik eingetaucht bin. Neben fachlichen Herausforderungen sind es vor allem die Menschen und die Zusammenarbeit im Team, die diesen Weg so spannend machen. Der Vortrag soll nicht nur Einblicke bieten, sondern auch zum Austausch und zur Diskussion anregen.

Supraleiter:

Noch vor der Entdeckung der Quantenmechanik wurde  im Jahr 1911die Supraleitung entdeckt. Supraleitung bedeutet das verlustfreie Leiten von elektrischem Strom und perfekte Abschirmung von Magnetfeldern. Heute wissen wir, dass Supraleitung die Ausprägung eines makroskopischen Quanteneffekts ist.
Phänomenologie der Quantenmechanik wird so mit unseren Sinnen direkt erfahrbar. An unserem Stand zeigen wir Konsequenzen der perfekten Magnetfeldabschirmung in Supraleitern, in dem wir sie auf Magneten schweben lassen.

Das Leuchten der unsichtbaren Welt: Nebelkammer

Unsere Welt ist durchdrungen von Strahlung, bestehend aus den kleinsten Teilchen. Unsichtbar für das bloße Auge, verraten sie uns, was Materie zusammenhält, wie Sterne entstehen, und sogar was Sekundenbruchteile nach dem Urknall geschah. In den Teilchendetektoren werden diese Teilchen direkt sichtbar. In der Nebelkammer hinterlassen geladene Teilchen aus kosmischer Strahlung oder radioaktiven Quellen feine Kondensstreifen und enthüllen so die kleinsten Bausteine der Natur. Erleben Sie live, wie die Strahlung, die uns ständig umgibt, für einen Augenblick sichtbar aufblitzt.

Volle Kraft voraus: Linearbeschleuniger-Modell

Um tiefer in den Aufbau der Materie vorzudringen, reichen natürliche Strahlungsquellen nicht aus. Anders als bei kosmischen Teilchen, die zufällig auf der Erde auftreffen, benötigt man exakt kontrollierte Bedingungen. Das schaffen nur Teilchenbeschleuniger: in gezielten Teilchenkollisionen werden neue Teilchen erzeugt und deren fundamentale Wechselwirkungen messbar gemacht. Im Linearbeschleuniger werden Teilchen auf beinahe Lichtgeschwindigkeit gebracht, indem elektromagnetische Felder sie auf gerader Strecke stufenweise "anschieben". Unser Modell veranschaulicht diesen Prozess.

Die höchstenergetischen Quanten aus dem Universum

Das Pierre-Auger-Observatorium misst nicht nur die höchstenergetischen Teilchen aus dem Universum, sondern sucht auch nach extrem hochenergetischen Quanten. Diese Quanten können über Quanteneffekte in den 1660 Detektoren mit 12 Tonnen Wasser am Observatorium in Argentinien sichtbar gemacht werden. Vor Ort können wir das in klein vorführen, oder mittels einer VR-Brille erlebbar machen.

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Während leichtere Elemente durch Kernfusion im Inneren von Sternen produziert werden, entstehen schwere Elemente (schwerer als Eisen, wie z.B. Gold oder Uran) hauptsächlich bei extremen astrophysikalischen Ereignissen wie der Verschmelzung von Neutronensternen oder einer Supernova-Explosion. Dabei werden Atomkerne bei Temperaturen von mehreren Milliarden Grad in hoher Dichte innerhalb von Sekundenbruchteilen mit Neutronen bombardiert, was zu neuen, sehr schweren Elementen führt. Auf etwas andere Art können wir heute schwere Elemente im Labor produzieren und so den alten Traum der Alchimisten wahr machen. Ob uns das zu grenzenlosem Reichtum verhilft, erfahren Sie in diesem Vortrag.

Wie hat unsere Welt begonnen? Wie und wann sind die ersten Atomkerne und Elemente enstanden? Wie haben sich die Atome, die ersten Sterne, Galaxien, schwarze Löcher, weiße Zwerge, und letztlich auch das Leben gebildet? All dies ließe sich ohne die Quantenmechanik in keiner Weise verstehen. Auch das Schwarzkörperspektrum, mit dessen Beschreibung Max Planck den Grundstein der Quantenphysik legte, umgibt uns in reinster Form als kosmische Hintergrundstrahlung, ohne dass wir es wahrnehmen. Anhand dieser Beispiele wird die Bedeutung der Quantenmechanik als zentrales Fundament des Mikro- und Makrokosmos beleuchtet.

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Supraleiter:

Noch vor der Entdeckung der Quantenmechanik wurde  im Jahr 1911die Supraleitung entdeckt. Supraleitung bedeutet das verlustfreie Leiten von elektrischem Strom und perfekte Abschirmung von Magnetfeldern. Heute wissen wir, dass Supraleitung die Ausprägung eines makroskopischen Quanteneffekts ist.
Phänomenologie der Quantenmechanik wird so mit unseren Sinnen direkt erfahrbar. An unserem Stand zeigen wir Konsequenzen der perfekten Magnetfeldabschirmung in Supraleitern, in dem wir sie auf Magneten schweben lassen.

Das Leuchten der unsichtbaren Welt: Nebelkammer

Unsere Welt ist durchdrungen von Strahlung, bestehend aus den kleinsten Teilchen. Unsichtbar für das bloße Auge, verraten sie uns, was Materie zusammenhält, wie Sterne entstehen, und sogar was Sekundenbruchteile nach dem Urknall geschah. In den Teilchendetektoren werden diese Teilchen direkt sichtbar. In der Nebelkammer hinterlassen geladene Teilchen aus kosmischer Strahlung oder radioaktiven Quellen feine Kondensstreifen und enthüllen so die kleinsten Bausteine der Natur. Erleben Sie live, wie die Strahlung, die uns ständig umgibt, für einen Augenblick sichtbar aufblitzt.

Volle Kraft voraus: Linearbeschleuniger-Modell

Um tiefer in den Aufbau der Materie vorzudringen, reichen natürliche Strahlungsquellen nicht aus. Anders als bei kosmischen Teilchen, die zufällig auf der Erde auftreffen, benötigt man exakt kontrollierte Bedingungen. Das schaffen nur Teilchenbeschleuniger: in gezielten Teilchenkollisionen werden neue Teilchen erzeugt und deren fundamentale Wechselwirkungen messbar gemacht. Im Linearbeschleuniger werden Teilchen auf beinahe Lichtgeschwindigkeit gebracht, indem elektromagnetische Felder sie auf gerader Strecke stufenweise "anschieben". Unser Modell veranschaulicht diesen Prozess.

Die höchstenergetischen Quanten aus dem Universum

Das Pierre-Auger-Observatorium misst nicht nur die höchstenergetischen Teilchen aus dem Universum, sondern sucht auch nach extrem hochenergetischen Quanten. Diese Quanten können über Quanteneffekte in den 1660 Detektoren mit 12 Tonnen Wasser am Observatorium in Argentinien sichtbar gemacht werden. Vor Ort können wir das in klein vorführen, oder mittels einer VR-Brille erlebbar machen.