Vorträge im SS 2007

Dr. rer. nat. Dietmar Block, IEAP, Universität Kiel

Strukturbildung in Plasmen (17.Juli 2007)

Sowohl im Alltag als auch in der Wissenschaft wird der Begriff Struktur meistens synonym für Ordnung verwendet. So ist es nicht verwunderlich, dass man zum Beispiel den verschiedenen Aggregatzuständen (fest, flüssig, gasförmig) einen unterschiedlichen Grad von Strukturierung zuordnet. Typische Strukturbeispiele sind Kristalle (fest) und Wellen (flüssig). Überraschenderweise spielen aber auch in sehr heißen Gasen (Plasmen) eine Vielzahl von Strukturen eine wichtige Rolle. Dieser Vortrag berichtet über neue Entwicklungen in zwei Gebieten der Plasmaphysik: Den Strukturen in der Driftwellenturbulenz, deren Existenz die Realisierung eines Fusionsreaktors erschwert, und den drei-dimensionalen Plasmakristallen (Yukawa balls), die einen Modellcharakter für stark gekoppelte Systeme haben. In beiden Fällen gilt ein besonderes Augenmerk der Entwicklung neuartiger Diagnostiken, deren Einsatz eine Vielzahl von neuen experimentellen Möglichkeiten eröffnet hat und die direkte Vergleichbarkeit von Experiment und Simulation herstellt.
 
Dr. Bernd Inhester, MPS Katlenburg-Lindau

STEREO - eine neue Dimension in der Untersuchung koronaler Massenauswürfe (10. Juli 2007)

Am 26. Okt. 2006 ist die NASA Mission STEREO (Solar-Terrestrial Relations Observatory) gestartet worden, seit dem Februar diesen Jahres sind die beiden Sonden dieser Mission auf ihrer endgültigen Umlaufbahn um die Sonne. Ein Hauptziel der Mission und Schwerpunkt meines Vortrages ist die Untersuchung koronaler Massenauswürfe (CMEs). Ich werde zunächst unser gegenwärtiges Verständnisproblem mit der Erzeugung von CMEs in der Sonnenkorona darlegen. Danach werde ich die neue Mission kurz vorstellen und erläutern, warum wir von den neuen Beobachtungen hier einen Fortschritt erwarten. Im letzten Teil werde ich dann erste Ergebnisse unsere Arbeit zur dreidimensionalen Rekonstruktion von Plasma- und Magnetfeldstrukturen aus den STEREO Daten vorstellen.
 
Prof. Dr. H. G. Rubahn, Mads Clausen Institute University of Southern Denmark

Organic molecular nanotechnology (26. Juni 2007)

In this talk light emitting single crystalline organic nanofibers are discussed as an example of true bottom up nanotechnology. The nanofibers are generated via molecular beam epitaxy from tailored molecular building blocks and they show well controllable morphology. The designed optoelectronic properties of the molecules are reflected in the properties of the resulting nanoaggregates and those aggregates are multiplied via bottom up self assembly. Via soft lift off the optimized nanofibers can be transferred to arbitrary substrates and thus integrated into new advanced photonic devices. Resulting demonstrators such as random lasers, anisotropic polarized light emitting arrays or custom-made nano frequency converters are shown.
 
Prof. Dr. Mihaly Horanyi, Laboratory for Atmospheric and Space Physics &Department of Physics, University of Colorado, Boulder, USA

Dusty plasma effects in Saturn's rings (19. Juni 2007)

In most space environments dust particles are exposed to plasmas and UV radiation and, consequently, carry electrostatic charges. Their motion is influenced by electric and magnetic fields in addition to gravity, drag and radiation pressure. On the surface of the moon, in planetary rings or at comets, for example, electromagnetic forces can shape the spatial and size distribution of small dust particles. The dynamics of charged dust grains can be surprisingly complex leading to a number of surprising phenomena. For example, the intermittently appearing radial markings in Saturn‘s B ring are believed to form when micron sized dust particles are levitated above the ring by electrostatic forces.The talk will give a brief introduction to the charging processes,and the dynamics of small dust grains in a planetary environment,and focus on the applications of dusty plasma physics in Saturn‘s rings.
 
Prof. Thierry Courvoisier, INTEGRAL Science Data Center, Universität Genf

Fünf Jahre INTEGRAL Himmels Beobachtungen mit harter Röntgen Strahlung (12. Juni 2007)

Seit etwa 5 Jahrzehnten ist es möglich den Himmel in Wellenlängen-Bereichen zu beobachten, in denen die Atmosphäre undurchsichtig ist. Ganz unerwartete Phänomene wurden beobachtet. Helle Röntgen Quellen wurden entdeckt, deren Energiequellen entweder durch Gravitation, durch magnetische Felder oder durch Teilchen-Antiteilchen Annihilation gespeist werden, seltener jedoch durch Fusion, der üblichen Energiequelle von normalen Sternen. Der Satellit INTEGRAL ist ein größeres ESA Projekt für astrophysikalische Beobachtungen im Bereich der harten Röntgen Strahlen als auch Gammastrahlen. INTEGRAL wurde mit einer PROTON Rakete von Baikonour am 17. Oktober 2002 gestartet. Seitdem funktionieren die Instrumente tadellos und liefern aufregende und umfangreiche Resultate. Wir werden eine Auswahl der INTEGRAL Resultate vorstellen und sie in den allgemeinen astrophysikalischen Kontext setzen. Wir werden somit zeigen können, wie Beobachtungen aus dem Weltraum unser Weltbild in den letzten Jahrzehnten geändert haben.
 
Prof. Dr. G. Kroesen, Faculty of Applied Physics, Eindhoven University of Technology

Electrical Breakdown: Experiments and Modeling (5. Juni 2007)

When a sufficiently high voltage is set on two electrodes, electrical breakdown occurs: a plasma is created. In the first microseconds after the voltage has been set, an ionization front is created which consists of a highly non-equilibrium space charge zone which is characterized by high local electrical fields. That ionization front crosses the electrode gap from cathode to anode in about 20 microseconds. After reaching the anode, areturn strike travels back to the cathode in a further 20 microseconds, forming the final discharge channel. Those first 40 microseconds are the subject of this talk. Two discharge systems have been studied using both numerical modeling and experimental techniques. First, a straight discharge tube will be discussed that has been studied by optical emission spectroscopy and capacitive probe measurements. Secondly, a geometry based on parabolic electrodes has been studied using emission spectroscopy as weil as Stark spectroscopy for the determination of the electrical field strength. All diagnostics have been performed with a time resolution of several nanoseconds. 80th geometries have also been modeled, using numerical techniques based on a time dependent 2-D fluid model. The measurements and models agree fairly weil, and shed light on the dynamics of the creation and propagation of the ionization wave.
 
Dr. Rainer Schödel, 1. Physikalisches Institut, Universität zu Köln

Der Sternhaufen um das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße: Kollisionsfreie Dynamik, stellarer Cusp, Massensegregation und nichtstellare Materie (4. Juni 2007)

Das Zentrum der Milchstraße bietet die außergewöhnliche Gelegenheit, die Umgebung eines massiven Schwarzen Loches, Sagittarius A*, im Detail zu untersuchen. Von zentralem Interesse ist die Zusammensetzung und Dynamik des nuklearen Sternhaufens. Die Theorie kollisionsfreier Partikel sagt voraus, dass ein relaxierter Sternhaufen um ein zentrales Schwarzes Loch einen Dichteanstieg, den so genannten Cusp, ausbildet. Die Auswertung hoch aufgelöster Infrarotaufnahmen des Zentrums der Milchstraße bestätigt erstmals diese fundamentale Vorhersage der Stellardynamik durch Sternzählungen und die Untersuchung des diffusen Lichts der räumlich nicht aufgelösten stellaren Komponente des Haufens. Neben der Detektion von Orbits einzelner Sterne um Sagittarius A* und dessen Strahlungsausbrüchen stellt die Existenz des stellaren Cusps einen weiteren Beleg dafür dar, dass es sich bei diesem Objekt in der Tat um ein Schwarzes Loch handelt. Im Cusp zeigen sich Zeichen von Massensegregation, was die Möglichkeit bietet, weitere fundamentale Aspekte der Stellardynamik zu untersuchen. Eine Analyse der Dichte des Sternhaufens ergibt, dass diese innerhalb von 0.1 pc von Sagittarius A* Werte von über 1DA?Sonnenmassen pcA-3 erreicht. Sterne machen möglicherweise nur 50% der Gesamtmasse des Haufens um Sagittarius A* aus. Die übrige, dunkle Masse könnte in Form einer ungewöhnlich hohen Konzentration stellarer Schwarzer Löcher vorliegen. Dies unterstreicht die Bedeutung des Zentrums der Milchstraße als einmaligem astrophysikalischen Laboratorium.
 
PD Dr. Hardi Peter, Kiepenheuer - Institut für Sonnenphysik, Freiburg

Von Sonnenfinsternissen, Koronen und geflochtenen Feldlinien (4. Juni 2007)

Bei dem Schauspiel einer Sonnenfinsternis verdunkelt der Mond die Sonnenscheibe und erlaubt so einen Blick auf die äußere Atmosphäre der Sonne, die Korona. Entgegen den Gesetzen der Thermodynamik ist diese mit etwa einer Million Grad über hundert Mal heißer als die Oberfläche. Modelle für die Korona der Sonne und anderer Sterne untersuchen die auch in anderen Zweigen der Astrophysik wichtige Wechselwirkung zwischen Plasma und Magnetfeld. Bewegungen des Plasmas an der Sternoberfläche können die magnetischen Feldlinien verflechten, und die so entstehenden Ströme heizen die stellare Korona. Bisherige Vergleiche von Modell und Beobachtung zeigen dabei gute Übereinstimmungen.
 
Antrittsvorlesung

 

PD Dr. habil. J. Chr. Claussen, Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Kiel

Oszillationen, Diffusion und Driftumkehr in der evolutionären Dynamik (29. Mai 2007)

Das Auftreten von genetischen Merkmalen in einer Population von Individuen im Wettbewerb kann zu Oszillationen oder chaotischer Dynamik führen. Solche koevolutionäre Oszillation wird bei Colibakterien oder im Territorialverhalten von Eidechsen beobachtet. Ein mit den Beobachtungsdaten konsistenter und weit akzeptierter Zugang ist die evolutionäre Spieltheorie, die aus messbaren Modellparametem systematisch zu einer deterministischen Bewegungsgleichung führt. Im Grenzwert einer unendlich großen Population wird dieser Zugang als exakt und unabhängig von der zugrunde liegenden Dynamik angesehen. Aber ist dies wirklich korrekt? Leider nicht, da jede Population aus Individuen besteht! Wird diese Diskretisierung beachtet, ergeben sich je nach mikroskopischer Dynamik verschiedene Bewegungsgleichungen. Als überraschende Konsequenz zeige ich, wie die mikroskopische Dynamik (lokale oder globale Interaktion) darüber entscheiden kann, ob alle Strategien bis auf eine aussterben, oder oberhalb einer kritischen Populationsgröße eine lange Koexistenz der Strategien auftreten kann. Dies liefert einen weiteren möglichen Mechanismus für den Erhalt von Biodiversität.
 
Antrittsvorlesung

 

PD Dr. Thomas. Gutsmann, Forschungszentrum Borstel, Biophysik

Die Kraft in der Rasterkraftmikroskopie (29. Mai 2007)

Seit den ersten Messungen mit einem Rasterkraftmikroskop im Jahre 1986 hat sich die Methode immer weiter entwickelt und ist heute kaum noch aus der Forschung -insbesondere an organischen Materialien - wegzudenken.Im Gegensatz zur elektromagnetischenWelle in der optischen Mikroskopie verwendet man in der Rasterkraftmikroskopie eine sehr feine Spitze um eine Probe abzurastern. Jede Messung beruht auf der physikalischen Charakterisierung der Kräfte zwischen Spitze und Probe. Ein wesentlicher Vorteil der .Rasterkraftmikroskopie gegenüber anderen Methoden zur Untersuchung biologischer Proben ist die Kombination aus hoher Auflösung und der Möglichkeit die Untersuchungen in Flüssigkeiten durchzuführen. Die reine Abbildung von Proben stellt aber nur einen Teil des Potentials der Rasterkraftmikroskopie dar. Immer größere Bedeutung erlangt die Kraftspektroskopie. Es ist möglich die intra- und intermolekularen Kräfte zwischen einzelnen Molekülen zu untersuchen und somit thermodynamische Eigenschaften zu charakterisieren.
 
Dr. M. Pätzold, Rheinisches Institut für Umweltforschung, Abt. Planetenforschung Universität zu Köln

Mars Express und Venus Express: Radiosondierung planetarer Atmosphären (22. Mai 2007)

Bei einer so genannten Erdokkultation verschwindet eine Raumsonde in einem Orbit um einen Planeten von der Erde aus gesehen hinter der Planetenscheibe. Ein von der Raumsonde gesendetes Radiosignal breitet sich dann kurz vor der Okkultation durch die lonsophäre und Neutralatmosphäre des Planeten aus. Bei der Ausbreitung in der Atmosphäre/Ionosphäre wird der Radioweg gebeugt und aus der Beugung kimn auf den lokalen Zustand der Atmosphäre (Druck, Dichte, Temperatur) und der Ionosphäre (Elektronendichte) geschlossen werden. Die ESA Raumsonden Mars Express und Venus Express befinden sich zur Zeit im Orbit um Mars bzw. Venus. Es werden die neuen Ergebnisse und Entdeckungen aus den Radiosondierungen der Mars und Venus Atmosphäre präsentiert.
 
PD Dr. Sebastian Wolf, MPI für Astronomie, Heidelberg

Entstehenden Planeten auf der Spur (21. Mai 2007)

Im Jahre 1995 wurde der erste von inzwischen über 200 extrasolaren Planeten entdeckt. Obwohl von den meisten dieser Exoplaneten nur wenige Details bekannt sind, ist bereits heute offensichtlich, dass die Planeten im Sonnensystem nur eine kleine Auswahl aus einer Vielzahl tatsächlich möglicher Planeteneigenschaften besitzen. Um ein Verständnis für diese beobachtete Vielfalt zu erlangen, muss man die Entstehung und frühe Entwicklung der Planeten untersuchen. Hierbei spielen zirkumstellare Scheiben - ein "Nebenprodukt" der Sternentstehung - als Ort der Planetenentstehung eine Schlüsselrolle. Im Rahmen dieses Vortrages werden ausgewählte numerische Studien und Beobachtungen vorgestellt, welche sich mit der Frage beschäftigen, wie die einzelnen Phasen der Planetenentstehung nachgewiesen und untersucht werden können.
 
Dr. habil. Silke Britzen, MPI für Radioastronomie, Bonn

Aktive Galaxienkerne gelöste Probleme und offene Fragen (21. Mai 2007)

Aktive Galaxienkerne (AGK) sind die energiereichsten Objekte im Universum und strahlen über den gesamten zugänglichen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Im Zentrum dieser AGK findet man Schwarze Löcher (SL), deren Umgebung sich mit den Methoden der Radiointerferometrie mit langen Basislinien (VLBI), speziell bei kurzen Wellenlängen, detailliert darstellen und untersuchen lässt. Wesentliche Anregungen zum Verständnis der SL sind in jüngster Zeit auch durch die Beobachtungen des Röntgenteleskops Chandra geliefert worden. Neben einer Darstellung der Beobachtungsergebnisse der SLForschung und ihrer Interpretation sollen die Verbindungen mit Fragestellungen der Galaxienentwicklung und Strukturbildung im Universum, des hochenergetischen Bereichs der C kosmischen Strahlung und dem Bereich der Gravitationswellen diskutiert werden.
 
Prof. Dr. U. Rüdiger, Fachbereich Physik, Universität Konstanz

Domänenwände und Molekulare Magnete: Mögliche Bausteine einer zukünftigen Informationstechnologie? (15. Mai 2007)

Bei einer fortschreitenden Miniaturisierung stoßen die gegenwärtigen Konzepte der Informationstechnologie (Datenspeicherung und Datenverarbeitung) zwangsläufig an physikalische Grenzen, die eine weitere Integration ohne Aufgabe der etablierten Ansätze verhindern. Das Konzept des Race Track Memory ermöglicht die Nutzung der 3. Dimension in der magnetischen Datenspeicherung bei gleichzeitiger Vermeidung von elektro-mechanischen Bauteilen. Dabei ist das kontrollierte Verschieben von magnetischen Domänenwänden mittels spinpolarisierter Ströme von zentraler Bedeutung. In dem Vortrag werden experimentelle Untersuchungen und mögliche Grenzen dieses Konzepts vorgestellt. Die Materialklasse der Molekularen Magnete zeigt magnetische Hysterese, ohne dass eine langreichweitige ferromagnetische Ordnung präsent ist. Die Hysterese ist auf eine uniaxiale Anisotropie in Kombination mit einer sehr großen Relaxationszeit einzelner Hochspinmoleküle zurückzufiihren. Es erscheint denkbar, einzelne Hochspinmoleküle als magnetische Bits oder als Grundbaustein für die Quantenin-formationsverarbeitung einzusetzen. Der zweite Teil des Vortrags umfasst die Synthese, die kontrollierte Abscheidung und die elektronische Charakterisierung von individuellen Molekularen Magneten (Mn12Derivate) auf Au (111)-Oberflächen.
 
PD Dr. Manuel Güdel, Paul-Scherrer-Institut, ETH Zürich, Schweiz

Das bewegte Leben junger Sterne: Magnetfelder, Hochenergieprozesse und Akkretion (14. Mai 2007)

Obschon Sterne in extrem kühlen, dichten Molekülwolken entstehen, sind bereits die jüngsten, noch akkretierenden Objekte Quellen von sehr energiereicher Strahlung und von hoch beschleunigten Teilchen. Die beobachtete Phänomenologie deutet auf Magnetfelder hin, die für die Energiefreisetzung verantwortlich sind, daneben aber noch weitere bedeutende Rollen spielen (wie z.B. beim Transport von Drehimpuls, bei Instabilitäten in Akkretionsscheiben, Akkretionsflüssen auf Sterne, Jet- Beschleunigung, usw). Der Vortrag führt in die Rolle der Magnetfelder und assoziierter Hochenergieprozesse in jungen stellaren Stadien ein, diskutiert Beobachtungen und Interpretation und zeigt neue Entwicklungen auf. Ein besonderes Augenmerk wird auf den möglichen Einfluss hochenergetischer Strahlung auf die Sternumgebung, vor allem auf zirkumstellare Scheiben und auf Atmosphären junger Planeten, gerichtet.
 
Dr. Falk Herwig, Keele University, UK

Die turbulente Entstehung der Elemente in Sternen (14. Mai 2007)

Der Ursprung der Elemente ist eine der großen Herausforderungen der modernen Astrophysik. Neue, faszinierende Daten aus den entferntesten Ecken des Universums, wie zum Beispiel den metallärmsten Sternen, die in der Frühzeit des Universums entstanden sind, fordern die Theorie der Elemententstehung und die zugehörigen Computersimulationen immer wieder heraus. Insbesondere in der Physik .der Entstehung der schweren Elemente jenseits von Eisen sind viele fundamentale Fragen ungeklärt. Dank der enormen Leistungsverbesserung der Supercomputer können wir nun die dynamischen Mischprozesse durch multi-dimensionale Hydrodynamiksimulationen untersuchen, und dabei auch nukleare Brennprozesse auf dynamischen Zeitskalen berücksichtigen. Diese neuartige Herangehensweise erlaubt erstmals die Elemententstehung in wichtigen stellaren Entwicklungsphasen quantitativ zu erfassen. Damit eröffnen sich neue Anwendungsmöglichkeiten, zum Beispiel in der Erforschung der Vorläufersysteme von Supernova Explosionen, Weißer Zwerge, oder bei der Nahbereichskosmologie (near-field cosmology), in der Galaxienverschmelzungen im lokalen Universum untersucht werden.
 
Prof. Dr. M. Bartelmann, Institut für Theoretische Astrophysik Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg

Unser einfaches, dunkles Universum (8. Mai 2007)

Die Kosmologie hat jetzt ein Standardmodell, das auf einer einfachen Klasse von Lösungen der Einsteinschen Feldgleichungen beruht. Ihre Zeitentwicklung wird durch die Energieerhaltung und die Friedmann-Gleichung bestimmt, die die Dichten aller Bestandteile des kosmischen Materials enthält. Kann das Universum als Ganzes durch diese Modelle beschrieben werden, obwohl sie so einfach sind? Und wenn ja, welche Dichteparameter werden zu ihrer eindeutigen Festlegung gebraucht? Präzise Beobachtungen, die in den letzten Jahren zusammengetragen wurden, haben auf beeindruckende Weise. gezeigt, dass unser Universum tatsächlich durch ein räumlich flaches Friedmann-Modell beschrieben werden kann, dessen Energiedichte zu -30% von Materie beigetragen wird, von der ein Großteil dunkel ist, und zu -70% von "Dunkler Energie", deren Natur vollkommen unklar ist
 
Prof. Dr. G. Kraft, Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH GSI Darmstadt

Tumor-Therapie mit Ionen-Strahlen (24. April 2007)

Krebs ist nach Kreislauferkrankungen die häufigste Todesursache. Jahrzehntelange Grundlagenforschung, erfolgreiche klinische Tests und das Interesse der Industrie, sowie von Investoren haben nun den Weg eröffnet, die Krebstherapie mit Ionen im Klinikalltag zu etablieren. Dabei wurden die Vorteile der Therapie mit Protonen und schweren Ionen bereits 1946 von R. Wilson in Berkeley publiziert - damals mit sehr wenig Resonanz. Langjährige strahlenbiologische und technische Vorarbeiten, sowie ein erfolgreiches Testprojekt mit mehr als 300 Patienten an der GSI in Darmstadt haben die Vorraussetzung geschaffen rur erste klinische Schwerionen-Therapieanlagen, wie sie in Heidelberg und Marburg gebaut werden. Weitere Zentren rur Kohlenstoff-Protonen-Therapien sind derzeit in Deutschland in Vorbereitung bzw. in der Planung. Im Vortrag werden die physikalischen und biologischen, sowie die technischen Entwicklungen der Ionen - Therapie vorgestellt. Die gegenwärtige Situation, und mögliche zukünftigen Entwicklungen werden anhand klinischer Ergebnisse diskutiert.
 
Prof. Dr. Joost W.M. Frenken, Kamerlingh Onnes Laboratory, Leiden University, Niederlande

Dynamic Surfaces followed by STM: from Atomic Slide Puzzles to Model Catalysts in Action (10. April 2007)

Scanning Tunneling Microscopy can be used to follow dynamic surface processes under a wide range of conditions. Two surprising examples will be discussed in this talk. The first example concerns the diffusion of "missing surface atoms": surface vacancies. We follow this process with variable-temperature STM movies. Although the density of these naturally occurring surface defects is excessively low, their mobility is so high that they cause a significant mobility of the surface as a whole. While this example is investigated in ultrahigh vacuum, many practical surface processes involve the presence of agas atmosphere. In our second example, catalysis, gasses playadominant role. We use a special "Reactor-STM" to make movies of metal surfaces while they are active as a catalyst. We observe that the gasses can completely change the surface structure, which, in turn, has dramatic consequences for the reaction mechanism and the reaction rate.