Wunder der Physik im Alltag

Wir leben in einer Zeit, in der sich das Klima auf der Erde spürbar und immer rasanter verändert. 

In diesem Vortrag begeben wir uns auf eine Reise durch unser Sonnensystem zu unseren Nachbarplaneten, um mehr über das Klimasystem der Erde zu lernen. Durch den Vergleich der Erdatmosphäre mit den Atmosphären von Venus und Mars gewinnen wir anschauliche Einblicke in die grundlegenden Prozesse, die das Klima bestimmen. So wird verständlich, wie das Zusammenspiel dieser Prozesse zu den extrem unterschiedlichen Klimabedingungen auf den drei Planeten führt.

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.

Vor genau 125 Jahren erhielt der in Lennep geborene Wilhelm Conrad Röntgen den ersten Nobelpreis für Physik. Auch heute noch ist die nach ihm benannte Strahlung Gegenstand aktueller Forschung und aus unterschiedlichsten Untersuchungen in Physik, Chemie, Medizin und den Materialwissenschaften nicht wegzudenken. 

In diesem Vortrag wird zunächst ein kurzer historischer Überblick gegeben, bevor die Eigenschaften der Röntgenstrahlung erläutert und moderne Entwicklungen vorgestellt werden. Dabei wird unter anderem gezeigt, wie Röntgenstrahlung zur Entschlüsselung des Corona-Virus sowie zur Entwicklung von Impfstoffen und Medikamenten beigetragen hat.  
 

Als Doktorstudentin in der Festkörperphysik beschäftige ich mich mit den Eigenschaften fester Materie – Materialien, die uns im Alltag überall begegnen. Besonders faszinieren mich Supraleiter: Stoffe, die bei sehr tiefen Temperaturen ihren elektrischen Widerstand vollständig verlieren.
Richtig spannend wird es, wenn Supraleitung auf Topologie trifft – ein modernes Konzept der Physik, das Materialien mit ganz besonderen Eigenschaften beschreibt. Was zunächst abstrakt klingt, könnte in Zukunft eine wichtige Rolle für neue Technologien spielen.
In meinem Vortrag erkläre ich, was hinter diesen Begriffen steckt, warum sie für die Forschung so relevant sind und wie wir solche Materialien im Labor untersuchen. Zum Abschluss gebe ich auch persönliche Einblicke in meinen Arbeitsalltag als Experimentalphysikerin.

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.

Wir leben in einer Zeit, in der sich das Klima auf der Erde spürbar und immer rasanter verändert. 

In diesem Vortrag begeben wir uns auf eine Reise durch unser Sonnensystem zu unseren Nachbarplaneten, um mehr über das Klimasystem der Erde zu lernen. Durch den Vergleich der Erdatmosphäre mit den Atmosphären von Venus und Mars gewinnen wir anschauliche Einblicke in die grundlegenden Prozesse, die das Klima bestimmen. So wird verständlich, wie das Zusammenspiel dieser Prozesse zu den extrem unterschiedlichen Klimabedingungen auf den drei Planeten führt.

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.

Vor genau 125 Jahren erhielt der in Lennep geborene Wilhelm Conrad Röntgen den ersten Nobelpreis für Physik. Auch heute noch ist die nach ihm benannte Strahlung Gegenstand aktueller Forschung und aus unterschiedlichsten Untersuchungen in Physik, Chemie, Medizin und den Materialwissenschaften nicht wegzudenken. 

In diesem Vortrag wird zunächst ein kurzer historischer Überblick gegeben, bevor die Eigenschaften der Röntgenstrahlung erläutert und moderne Entwicklungen vorgestellt werden. Dabei wird unter anderem gezeigt, wie Röntgenstrahlung zur Entschlüsselung des Corona-Virus sowie zur Entwicklung von Impfstoffen und Medikamenten beigetragen hat.  

Um physikalische Theorien überprüfen zu können, müssen mithilfe dieser experimentell nachweisbare Vorhersagen berechnet werden. In vielen Fällen ist die Theorie jedoch so kompliziert, dass keine Rechnungen mehr mit Blatt und Papier oder gar einem Taschenrechner durchführbar sind. Eine der fundamentalsten Theorien in dieser Kategorie ist die Quantenchromodynamik (QCD), die unter anderem dafür zuständig ist, Atomkerne zusammenzuhalten. 

Wir schauen uns an, wie Teilchenphysiker die Raumzeit zu einem Gitternetz umwandeln, um die starke Kernkraft am Supercomputer zu simulieren und an welchen Problemen aktiv gearbeitet wird.

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.