Vorträge im SS 2006

Prof. Dr. Henrik Svensmark, Danish National Space Center, Copenhagen, Denmark

The Chilling Stars that command our cloudy sky (11. Juli 2006)

Who would think that ordinary clouds take their orders from exploded stars far off in space? Or that the climate changes in obedience to swarms of cosmic rays that rain down on us from the Milky Way? New investigations have confirmed the idea and broadened its scope. Besides giving surprising new insight into the workings of everyday weather, the cosmic-ray connection reveals how the stars and the Sun have ruled the climate since the world began. The world is cloudier when cosmic rays are plentiful. The stars chill the world. It happened in the Little Ice Age 300 years ago and in an earlier cold interval at the end of the Bronze Age. A star that exploded nearby 2.8 million years ago is blamed for a global cooling that made Africa drier and set the stage for the first human beings to appear. As the world’s starry environment changed over hundreds of millions of years, earlier creatures like the dinosaurs evolved amid alternations of heat and cold. The coldest episodes of all, when the whole world froze over, coincided with episodes of elevated star-making and star-dying in the Milky Way. The evolution of the Galaxy has shaped the history of life itself. Direct observations of how the world’s cloud cover varies from year to year, in step with the ever-changing cosmic rays, underpin the new reckonings of climate history. So does an experiment called SKY. Conducted in Copenhagen, it reveals how cosmic rays help to make new aerosols. These cluster into cloud condensation nuclei on which water vapour gather to make clouds. The climate is now tied by a strong chain of explanation to the life and death of stars, to speckmaking in the air, and to variations in the temperature of the Earth over billions of years.
 
Prof. Dr. Georg Pretzler, Institut für Laser- und Plasmaphysik,Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Teilchenbeschleunigung mit Hochleistungslasern (4. Juli 2006)

Teilchenbeschleuniger haben eminente Bedeutung für viele Fragen der Grundlagenforschung. Die nächste Generation dieser Beschleuniger wird aber aufgrund der benötigten riesigen Längen an die Grenzen des ökonomisch und technisch Machbaren stoßen. Moderne Hochleistungslaser könnten auf lange Sicht eine Alternative bieten. In den letzten Jahren hat sich relativistische Laser-Plasmaphysik als neues physikalisches Regime für Laborexperimente etabliert. Ein spektakulärer Aspekt dieses Gebiets ist gerade die Beschleunigung geladener Teilchen auf Längenskalen, die um viele Größenordnungen kleiner sind als bei der üblichen Technik. Hier wird über die zugrunde liegenden Prinzipien, den Stand der experimentellen Forschung und Perspektiven für die Zukunft berichtet.
 
Prof. (emer.) Dr. Walter Westphal, S C H I F F - Schleswig-Holsteinisches Institut für Friedenswissenschaften an der CAU zu Kiel

Trägt Physikwissen zum Alltagshandeln bei?

Könnte man herausfinden, ob gutes Physik-Schulwissen später einmal beim Fahrradreparieren nützt? Tauchschüler lernen Tauchphysik - findet sich danach etwas davon in ihrer Tauchpraxis wieder? In der Ausbildung der Sportlehrer gibt es Biomechanik - turnt es sich damit besser? Die Physik im ADAC-Verkehrssicherheitstraining - was bewirkt sie bei den Teilnehmern? In dem Vortrag kann es nicht um undifferenzierte ’nützt/nützt nicht’- Aussagen gehen, jedoch aber darum, welche Aspekte diese scheinbar schlichte Frage aufwirft.
 
Dr. Berndt Klecker, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching

Solare Energetische Teilchen: Neue Ergebnisse von SAMPEX, SOHO und ACE (20. Juni 2006)

Während der letzten ~ 10 Jahre wurden mit neuer Instrumentierung auf mehreren Satelliten und Raumsonden neue Erkenntnisse über den Ursprung, sowie über die Beschleunigung solarer energetischer Teilchen gewonnen. Diese Instrumente ermöglichten es zum ersten Mal, die Element-, Isotopen-, und Ladungs-Zusammensetzung, sowie die Energiespektren der beschleunigten Teilchen über einen großen Energiebereich von ~ 0,1 bis 100 MeV/Nukleon zu untersuchen. Element- und Isotopen- zusammensetzung geben dabei Aufschluss über den Ursprung der Teilchen und über Beschleunigungsprozesse, die im Allgemeinen von der Masse (M) und der Ionenladung (Q) abhängen. Die Ionenladung gibt außerdem Hinweise zum Ort der Beschleunigungsregion an der Sonne, da Q von der Temperatur und – über Ionisierungsprozesse – von der Dichte des Umgebungsplasmas abhängt. In diesem Vortrag wird eine Übersicht der neuen Beobachtungen mit den Experimenten auf den Missionen SAMPEX (Solar And Magnetospheric Particle EXplorer), SOHO (SOlar and Heliospheric Observatory) und ACE (Advanced Composition Explorer), sowie deren Implikationen für unser Verständnis der Beschleunigungsprozesse an der Sonne und im interplanetaren Raum gegeben.
 
Prof. Dr. Gero Vogl, Institut für Materialphysik, Uni Wien

Wie ähneln sich atomare Diffusion und die Wanderung von Lebewesen? (13. Juni 2006)

Wir untersuchen zweidimensionale Diffusion und Phononen an Festkörper- Oberflächen mit Kernresonanz-Spektroskopie von Röntgenstrahlung. Dies wird durch die hohe Brillanz von Synchrotronstrahlung erstmals möglich. Vergleiche mit Volumsdiffusion und Volumsphononen zeigen markante Unterschiede zwischen der Dynamik im Volumen und in zweidimensionalen Systemen. Die Ausbreitung von Tieren und Menschen auf der Erdoberfläche beruht ebenfalls auf zweidimensionaler Diffusion. Besonders relevant sind die Ausbreitungsvorgänge sogenannter Neobiota, aus anderen Weltgegenden eingeschleppter Arten, speziell in Hinsicht auf die gegenwärtige Klimaänderung. Aussagen für die Zukunft werden angestrebt. Diffusionsvorgänge in der Vorzeit, wie z.B. die unerklärlich rasche Durchdringung des amerikanischen Doppelkontinents durch die Vorfahren der heutigen Indianer, werden dagegen vielleicht für immer umstritten bleiben.
 
Prof. Dr. Klaus Hermann, Fritz-Haber-Institut Berlin

Ab Initio Cluster Studies for X-ray Absorption Spectroscopy: from Molecules to Surfaces and Bulk (6. Juni 2006)

Modern experimental methods allow us to obtain reliable spectroscopic data for free and adsorbed molecules as well as for local sites at substrate surfaces and in the bulk. Corresponding theoretical results, based on quantum chemical methods, can help to interpret these experimental spectra and can provide an understanding of excitation phenomena and other physical behavior on a microscopic scale. This applies, in particular, to electron spectroscopy experiments using synchrotron radiation such as X-ray absorption (XAS/NEXAFS), X-ray Emission (XES), and X-ray photoemission (XPS). In this talk we describe our quantum chemical approach to evaluate energetics and (angle-resolved) transition matrix elements for photon absorption and Emission involving electronically excited states. Our methods are based on modern Density-Functional Theory (DFT) together with gradient corrected functionals as implemented in the StoBe code (Stockholm-Berlin collaboration). The relevant computational strategies will be discussed and illustrated by examples of recent theoretical studies on C6-ring containing hydrocarbons in gas phase, on phenyl propenes adsorbed at the Cu(111) surface, as well as on differently coordinated oxygen in the transition metal oxides V2O5 and MoO3. In all examples we compare our theoretical data with corresponding experimental results derived from electron spectroscopy using synchrotron radiation.
 
Dr. Gerhard Grübel, HASYLAB, Hamburg

Scientific Opportunities at the European XFEL (30. Mai 2006)

The scientific opportunities at fourth generation light sources such as the European XFEL Facility (XFEL) in Hamburg are truly revolutionary due to the unique features of brilliance, spatial coherence and time structure, for which many Orders of magnitude are gained with respect to the best storage ring based synchrotron radiation sources today. For the first time it will become possible to study directly new states of matter an the atomic length and time scales, i.e. with resolution of 0,1 nm in space and femto-seconds in time. This will eventually allow to probe the time evolution of solid-state structures and chemical reactions an the femto-seconds timescale and/or to solve the structure of biomolecules without the need for crystallization. One will be able to explore the non-linear properties of matter in the X-ray range and the dynamics of fluctuations an interatomic length scales and femto-second time scales. Furthermore it will be possible to produce and investigate matter in portions of its phase diagram inaccessible to other probes. The core of the European XFEL facility is a linear accelerator in superconducting technology with an inherently high degree of flexibility with respect to energy resch and time structure of the pulse sequence. Two independent injector sections and a flexible electron and photon beam distribution system will allow for continuous development of the facility and to incorporate technological advances, which are likely to mature and to improve the Performance of some of the components during the coming years and to further extent the scientific opportunities at the European XFEL.
 
Aus Anlass des 80. Geburtstages von Herrn Professor Dr. E.O. Schulz-Du Bois Dr. Erhard Giese, FOS Messtechnik GmbH in Schacht-Audorf

Faseroptische Sensoren für Motoren

Eine weitere Reduzierung des Schadstoffausstoßes von Verbrennungsmotoren lässt sich nur durch Analyse und Regelung der Verbrennungsvorgänge erzielen. Im Zusammenhang mit der Entwicklung neuer Brennverfahren für Verbrennungsmotoren können verschiedene faseroptische Sensoren zum Einsatz kommen. Für derartige Anwendungen konzipierte Brennraumsonden, Druck- und Wegesensoren werden nach Funktionsprinzip und technischer Realisation vorgestellt. Speziell in Motoren mit druckgeregelter Verbrennung ist zukünftig der Serieneinsatz eines in die Glüh- oder Zündkerze integrierten faseroptischen Drucksensors realistisch.
 
Prof. Dr. E. 0. Schulz-Du Bois, Emeritus der Angewandten Physik

Erinnerungen aus 60 Jahren miterlebter Physikgeschichte

Prof. Dr. Jan Michael Rost, Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, Dresden

Matter under extreme conditions (9. Mai 2006)

 
Dr. Klaus Scherer, Institut für Theoretische Physik, Lehrstuhl IV: Weltraum- und Astrophysik, Ruhr-Universität Bochum

Die Heliosphäre als dynamische Astrosphäre (25. April 2006)

Die Heliosphäre ist die Region im Weltraum, die durch den Sonnenwind von dem umgebenden interstellaren Medium abgeschirmt wird. Durch Beobachtungen mit Raumsonden können Modelle der Heliosphäre kalibriert werden; hier sind insbesondere die neuesten Messungen der Sonde Voyager 1, die kürzlich die sogenannte heliosphärische Stoßwelle durchflogen hat, von großer Bedeutung. Numerische Multifluid- und Hybridsimulationen ermöglichen nun auch eine quantitative Modellierung der Dynamik anderer Astrosphären, die über die Lyman-alpha Absorptionslinie indirekt beobachtbar sind. Insbesondere die Modellierung von Astrophären um sonnenähnliche Sterne erlaubt es, Rückschlüsse auf die Vergangenheit der Heliosphäre zu ziehen. Dies ist hinsichtlich der Interpretation von kosmogenischen Elementarchiven wichtig, da diese die Variabilität der kosmischen Strahlung abbilden, die durch das turbulente solare bzw. heliosphärische Magnetfeld wesentlich mitbestimmt ist. In dem Vortrag wird die Physik von dynamischen Astrosphären am Beispiel der Heliosphäre beschrieben, der heliosphärische Transport kosmischer Strahlung erläutert, und deren Rolle als Vermittler von interstellar-terrestrischen Beziehungen diskutiert.
 
Prof. Dr. Bernd Heber, Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, CAU Kiel

Kosmische Strahlung in der Heliosphäre (11. April 2006)

Die Sonne ist das größte Objekt des Sonnensystems. Ihre Korona ist der äußerste Teil der Sonnenatmosphäre, der sich weit in das All hinein ausbreitet. Der Bereich, der von diesem Sonnenwind dominiert wird, ist die Heliosphäre. Sie ist das einzige astrophysikalische System, das der direkten Beobachtung mit Raumsonden zugänglich ist. Seit dem 16.12.2004 haben wir eine genaue Größenvorstellung von der Heliosphäre. An diesem Tag ist die Raumsonde Voyager 1 in einer Entfernung von etwa 14.000.000.000 km in den heliosphärischen Grenzbereich, die sog. "Heliosheath", eingetreten. Der Sonnenwind, der sich nahe der Erde überschallschnell mit ≈400 km/s ausbreitet, wird dort auf subsonische Geschwindigkeiten abgebremst. Dabei entsteht eine Schockwelle, die geladene Nukleonen auf Energien bis zu 400 MeV beschleunigen kann. Diese Teilchen bilden die ursprünglich unerwartete und daher "anomale" Komponente der kosmischen Strahlung. Diese Teilchen dringen tief in die Heliosphäre ein, wo sie mit Weltrauminstrumenten nachgewiesen nachgewiesen werden. Der Transport geladener Teilchen in der Heliosphäre wird durch eine Konvektions- Diffusionsgleichung beschrieben. Der zugehörige Diffusionstensor kann mittels insitu Teilchenmessungen bestimmt werden, die somit eine Brücke von makroskopischer zu mesoskopischer Physik (Turbulenz) bieten. Dieses Verfahren wird am Beispiel von Elektronen demonstriert, die ihren Ursprung in der Magnetosphäre des Jupiter haben.