Vorträge im SS 2001

Prof. Dr. Ido Kanter, Bar Ilan University, Israel

"Statistical Physics, Error Correcting Codes and Cryptography" (17. Juli 2001)

Efficient information transmission plays a central role in modern society, taking a variety of forms, from telephone and satellite communication to storing and retrieving information on disk-drives. Error-correcting codes are commonly used in most methods of information transmission to compensate for noise corrupting the data during transmission; they require the use of additional information transmitted together with the data itself. Gallager-type error-correcting codes that nearly saturate Shannon´s bound are constructed using insight gained from mapping the problem onto that of an Ising spin system. The performance of the suggested codes is evaluated for different code rates. In the second part of the talk a public-key cryptosystem based on a Gallager-type parity-check error-correcting code is presented. The complexity of the encryption and the decryption processes scale linearly with the size of the plaintext.
 
Prof. Dr. Hans-Joachim Fitting, Prof. Dr. Hans-Georg Neumann, Prof. Dr. Gerd Röpke, Fachbereich Physik, Universität Rostock Prof. Dr. Ronald Redmer, Fa. DOT, Charles-Darwin Ring 1a, Rostock

erste Begegnung nach der Wende mit der Physik (10. Juli 2001)

Nach nur wenig mehr als 10 Jahren bietet sich jetzt für die Physik in Kiel die Gelegenheit, die damalige erste Begegnung nach der Wende mit der Physik aus Rostock in Erinnerung zu bringen. Wie damals werden die Redner Kurzvorträge im Rahmen unseres Physikalischen Kolloquiums halten." Prof. Hans-Peter Röser, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Berlin

"Flugzeugastronomie und neue Quanteneffekte in nanostrukturierten Halbleitern" (3. Juli 2001)

Mit Teleskopen auf Stratosphärenflugzeugen kann der Spektralbereich von 1µm bis 1000µm nahezu vollständig erschlossen werden. Bis 1995 war die weltweit einzige Flugzeugplattform – das Kuiper Airborne Observatory (KAO) – der NASA mit einem 92cm Teleskop sehr erfolgreich im Einsatz. Als Beispiel werden Beobachtungen mit einem hochauflösenden Heterodynspektrometer (ν/δν > 106) zur Detektion von Molekül- und Atomübergängen im Interstellaren Medium vorgestellt. Ab 2003/04 wird das KAO durch das deutsch-amerikanische Stratosphären Observatorium für IR Astronomie (SOFIA) ersetzt werden. Dies ist eine Boeing 747 mit einem 2,5m Teleskop, das von der deutschen Industrie gefertigt wird. Bei der Entwicklung von empfindlichen Detektoren für die Heterodynspektrometer konnten durch moderne Herstellungsmethoden Schottky Dioden mit Nanometerdimensionen gefertigt werden. So wurden Detektoren mit Kontaktdurchmessern von 0,25µm und Kapazitäten von 0,25fF als extrem schnelle (t<<10-13s) elektronische Bauelemente hergestellt. Bei Untersuchungen zum Elektronentransport wurde festgestellt, dass beim Bestrahlen mit einer kohärenten Quelle der Elektronentransport ballistisch (stoßfrei) geschieht und die optimalen Bedingungen durch die Naturkonstanten (h/e2) und (h/2e) bestimmt werden.
 
Prof. Dr. Mark E. Koepke, Department of Physics, West Virginia University, Morgantown WV, USA

"Nonstationary processes in oscillatory systems" (26. Juni 2001)

Time-varying driving-force amplitude, driving-force frequency, system mass, or system rigidity can result in nonstationary behavior in an oscillatory system. A brief overview of the linear and nonlinear treatment of this problem will be presented and the relevant nonlinear dynamics will be emphasized. The distinction between stationary and nonstationary regimes will be made clear. Cases of high-Q and low-Q oscillatory systems will be discussed. Applications to plasma physics and industry will be mentioned.
 
Prof. Dr. Wim H. de Jeu, FOM-Institute AMOLF, Netherlands

"Smectic membranes in motion: Surface diffraction and dynamic x-ray scattering" (19. Juni 2001)

Time-varying driving-force amplitude, driving-force frequency, system mass, or system rigidity can result in nonstationary behavior in an oscillatory system. A brief overview of the linear and nonlinear treatment of this problem will be presented and the relevant nonlinear dynamics will be emphasized. The distinction between stationary and nonstationary regimes will be made clear. Cases of high-Q and low-Q oscillatory systems will be discussed. Applications to plasma physics and industry will be mentioned.
 
Prof. Dr. Hans-Jürgen Hartfuß, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Universität Greifswald

"Plasmadiagnostik mit Mikrowellen" (12. Juni 2001)

Für berührungslose Untersuchungen an heißen, magnetisch eingeschlossenen Plasmen, wie sie in Fusionsexperimenten erzeugt werden, ist die aktive und passive Sondierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen im mm- und sub-mm Wellenbereich besonders gut geeignet. Man erhält damit lokale Informationen über die Elektronenkomponente des Plasmas wie dessen Dichte und Temperatur. Ausgenutzt werden dabei die von der Elektronendichte abhängigen Dispersionseigenschaften des Plasmas einerseits und die Zyklotronemission der wegen des Magnetfeldes gyrierenden und damit emittierenden Elektronen andererseits. Nach einer kurzen, allgemeinen Einführung werden die relevanten Plasmaeigenschaften erläutert und die etablierten Mikrowellenverfahren, ihre technische Realisierung, sowie neuere, in Entwicklung befindliche Verfahren vorgestellt.
 
Dr. Eugen E. Krasovskii, Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, CAU-Kiel

"Optical Transitions: A Useful But Sometimes Misleading Concept" (5. Juni 2001)

Optical properties of crystalline solids are a challenging subject for ab initio methods. The many-particle nature of the problem in combination with the necessity of taking into account the chemical composition and crystal geometry prevents the problem from being solved with a predictable accuracy. Thus, an important constituent of the theory is a possibility to interpret the results using a clear physical picture. For example, in terms of transitions between stationary one-electron states. Various approaches to calculating the dielectric function from the first principles are reviewed. The success of the one-particle theory in describing the optical properties of metals and its failure in semiconductors is discussed. Special attention is paid to the far ultra-violet spectral range. It is shown that even within a one-particle theory the positions of sharp absorption peaks are not necessarily given by energy differences between occupied and unoccupied states.
 
Prof. Dr. Ingo Rehberg, Experimentalphysik V, Universität Bayreuth

"Experimente mit Sand - geschüttelt, nicht gerührt. Und sehr trocken" (29. Mai 2001)

Granulare Materie in der Sanduhr ähnelt einer Flüssigkeit. Ein aufgeschütteter Sandhaufen demonstriert jedoch bereits die Grenzen dieser Modellvorstellung. Ein Verständnis dieses merkwürdigen Aggregatzustands der Materie ist von großer technischer und naturwissenschaftlicher Bedeutung. Der Vortrag zeigt an Hand von experimentellen Demonstrationen einige der spezifischen Schwierigkeiten und gegenwärtigen Entwicklungen dieses Gebietes auf.
 
Prof. Dr. Gernot Guentherodt, II. Physikalisches Institut, RWTH Aachen

"Magnetoelektronik" (15. Mai 2001)

Magnetische Schichtstrukturen sind von vitalem Interesse in der Sensorik und Datenspeicherung. Der spinabhängige Transport in diesen Schichtsystemen manifestiert sich im Riesenmagnetwiderstand, der die Leseköpfe magnetischer Festplatten revolutioniert hat oder im Tunnelmagnetwiderstand, der die Basis zukünftiger magnetischer Arbeitsspeicher ist. Viele Aspekte, wie z.B. Beschaffenheit der magnetischen Schichten, der Tunnelbarrieren und deren Grenzflächen sowie Pinning und ultraschnelles Schalten der Magnetisierung stellen interessante Anforderungen an die Grundlagenforschung. Im Vortrag werden aktuelle Entwicklungen hinsichtlich des Verständnisses der physikalischen Grundlagen diskutiert. Ein Ausblick ist der Spinelektronik, d.h. der zusätzlichen, aktiven Ausnutzung des Spin-Freiheitsgrades des Elektrons, gewidmet.
 
Dr. Bernd Freytag, Astronomisches Observatorium Uppsala (Schweden)

"Beteigeuze - Numerische Modellierung globaler stellarer Konvektion" (8. Mai 2001)

Konvektionsströmungen sind auf der Erde allgegenwärtig. Sie sorgen u.a. für dauernden Energieaustausch in der Atmosphäre und sind die Ursache für die Komplexität der Wetterphaenomene. In Sternen transportiert die Konvektion zusammen mit der Strahlung die Energie vom Kern an die Oberfläche. Auf der Sonne manifestiert sie sich dort als eher unscheinbare, kleinskalige Granulation, wirkt aber als Wärmekraftmaschine und damit als Quelle mechanischer und magnetischer Energie, die dann letztlich solch spektakuläre Phänomene wie z.B. Protuberanzen antreibt. Nachdem lange Zeit die Sonne der einzige Stern mit bekannten Oberflächenstrukturen war, beginnen moderne Interferometer nun, erste grobe Bilder benachbarter Sterne zu liefern. Fuer die beobachteten Vorgänge auf Beteigeuze, einem Roten Ueberriesen, werden gewaltige Granulationszellen verantwortlich gemacht, von denen nur eine Handvoll seine Oberflaeche bedecken. Im Vortrag soll gezeigt werden, wie mit Computersimulationen versucht wird, zum Verständnis der Aufheizung der Sonnenchromosphäre und der Oberflächenstrukturen auf Beteigeuze beizutragen. Die ersten dreidimensionalen globalen numerischen Modelle einer gesamten Sternhülle werden vorgestellt.
 
Dr. Horst Fichtner, Institut für Theoretische Physik, Universität Bochum

"Die Heliosphäre - ein Plasmalabor für die Astrophysik" (26. April 2001)

Die Heliosphäre ist das einzige astrophysikalische System, das der direkten Beobachtung mit Raumsonden zugänglich ist. Eine Vielzahl detaillierter Beobachtungen erlaubt einen direkten Vergleich mit plasmaphysikalischen Modellen verschiedener heliosphärischer Komponenten. Dies führt gleichermassen zur Konzeptbildung und zum Test von Modellen in der Astrophysik, wie z.B. Fermibeschleunigung energiereicher Teilchen oder stellare Winde. Im Vortrag wird die enge Wechselwirkung von Beobachtung und Modellierung an zwei Beispielen demonstriert, nämlich der Dynamik des Sonnenwindes und dem heliosphärischen Transport energiereicher Teilchen. Eine Verknüpfung dieser beiden Forschungsfelder, für deren Weiterentwicklung direkte Messungen heliosphärischer Teilchenspezies entscheidend sind, ist für die Beschreibung der Struktur der Heliosphäre von großer Bedeutung. Es wird gezeigt, wie das Studium der Heliosphärenstruktur zum einen zum Verständnis extraterrestrischer Einflüsse auf die irdischen Lebensbedingungen und zum anderen zur Brückenfunktion der Physik der Heliosphäre zur Astrophysik beiträgt.
 
Dr. Robert F.Wimmer-Schweingruber, Physikalisches Institut, University of Bern

"Lunar Soils: An Archive for the Galactic Environment of the Solar System?" (26. April 2001)

Solar wind implanted in surface layers of lunar soil grains has often been analyzed to infer the history of the solar wind. In somewhat deeper layers, and thus presumably at higher implantation energies, a mysterious population, dubbed SEP for solar energetic particle accounts for the majority of the implanted gas - 4 to 5 orders of magnitude more than expected from the present-day flux of solar energetic particles. In addition, its elemental and isotopic composition is distinct from that of the solar system. We investigate whether interstellar pick-up ions (PUIs) which are ionized and accelerated in the heliosphere and subsequently implanted in lunar regolith grains can account for the properties of the SEP population. In its history, the solar system has orbited the galactic center about 18 times and must have encountered a strongly varying interstellar environment. Encounters with dense interstellar clouds have resulted in an enhanced flux of interstellar pick-up ions compared to present-day values. This new scenario has implications beyond the mere explanation of a major constituent of the total noble gas inventory of lunar soils. The lunar regolith may not only serve to understand the ancient solar wind (and thus processes active in the early history of the Sun), but possibly also as an archive for heliospheric climate, and as a travel diary for the voyage of the solar system through the galaxy.
 
Priv.-Doz. Dr. Jörg Büchner, Max-Planck-Institut für Aeronomie, Katlenburg-Lindau

"Magnetische Rekonnexion im Weltall wie auf Erden?" (24. April 2001)

Der überwiegende Teil kosmischer Materie befindet sich im Plasmazustand. Magnetfelder und energiereiche Teilchen vermitteln seine Wirkungen auf große Entfernungen. Während Dynamos die Felder erzeugen steht Rekonnexion am Ende der Kette: Magnetfelder kollabieren und übergeben ihre Energie den Teilchen und Plasmen. Grundsätzlich beobachtet man dies bereits im Labor, wo Plasmen magnetisch gehalten werden. Im Weltall findet man Rekonnexion an der Sonne und auf Sternen, an den Planeten und in Galaxien. Vorgestellt wird das Typische der Rekonnexion und ihre rätselhafte Besonderheit im Weltall, illustriert durch neue Ergebnisse experimenteller Weltraumforschung und numerischer Simulationen. Spannende neue Experimente wie das soeben gestartete CLUSTER-Projekt der ESA, STEREO der NASA und andere geplante sollen im nächsten Jahrzehnt Aufschluß geben über offene Fragen des Lebens mit dem magnetischen Stern Sonne, über das Wetter im Weltall und andere wichtige Konsequenzen der Rekonnexion.
 
Dr. Ingrid Mann, ESA Space Science Department, ESTEC, Noordwijk & Institut für Planetologie, Universität Münster

"Kosmische Staubteilchen: Botschafter aus dem interstellaren Raum" (24. April 2001)

Thema des Vortrags ist die Wechselwirkung kosmischer Staubteilchen mit ihrem jeweiligen Umfeld, in unserem Sonnensystem und in anderen, mit der Frage, was man daraus lernen kann. Das Sonnensystem bewegt sich durch eine interstellare Staubwolke, deren Teilchen jetzt im Raumfahrtzeitalter der direkten Untersuchung zugänglich werden. Schon 1976 gab es erste experimentelle Hinweise auf die Existenz interstellaren Staubes im Sonnensystem. Neuere Messungen auf der Sonde Ulysses haben nun zuverlässige Daten der Massen- und Größenverteilung geliefert. Daraus lassen sich einige Eigenschaften interstellarer Teilchen abschätzen, die wiederum mit den Ergebnissen astronomischer Beobachtungen und astrophysikalischer Modelle verglichen werden. Im äußeren Sonnensystem überwiegen interstellare Staubteilchen gegenüber der interplanetaren Staubkomponente. Ihr Einfluss auf die interplanetare Staubwolke und auf den Sonnenwind, der bisher nur theoretisch zugänglich ist, wird dargestellt. Ähnliche Bedingungen werden für die Wechselwirkung interstellarer Teilchen mit zirkumstellaren Staubhüllen ´der zweiten Generation´ erwartet. Diese Staubhüllen sind weitaus jünger als der Zentralstern und werden, ähnlich der zodiakalen Staubwolke unseres Sonnensystems, durch größere Quellenkörper wie Kometen und Asteroiden erzeugt. Sie deuten damit auf die Existenz zirkumstellarer Planeten hin. Nach der Darstellung dieser Zusammenhänge wird ein Ausblick auf die experimentellen Möglichkeiten zukünftiger Missionen und Beobachtungen sowie auf begleitende Laboruntersuchungen gegeben.
 
Dr. Wolfgang Schmidt, Kiepenheuer-Inst. f. Sonnenphysik, Freiburg

"Die Sonne - ein magnetischer Stern" (19.April 2001)

Das Magnetfeld der Sonne ist maßgeblich für die Variation der Gesamtstrahlung der Sonne mit möglichen Auswirkungen auf das irdische Klima. Weiterhin ist das Magnetfeld verantwortlich für praktisch alle hochenergetischen und eruptiven Prozesse in der Sonnenatmosphäre, welche wesentlich das space weather bestimmen. Für ein physikalisches Verständnis des solaren Magnetfelds und der damit verbundenen Phänomene sind hochaufgelöste spektroskopische und polarimetrische Messungen erforderlich. Die Sonnenatmosphäre muss als magnetisch gekoppeltes System betrachtet werden, mit simultanen Beobachtungen von der Photosphäre bis zur Korona und der Heliosphäre. Besonders aussagekräftig sind Experimente, welche teleskopische Beobachtungen kombinieren mit in-situ-Messungen des Sonnenwinds, und damit eine Ursache-Wirkung Verknüpfung herstellen. Dies ist ausschließlich mit weltraumgestützten Instrumenten möglich.
 
Prof. Dr. May-Britt Kallenrode, Universität Osnabrück

"Magnetische Wolken und Schurkenereignisse (Rogue Events)" (19. April 2001)

Magnetische Wolken verändern die Struktur des interplanetaren Raumes und damit die Ausbreitungsbedingungen für energiereiche Teilchen. Mit Hilfe eines einfachen numerischen Modells lässt sich der Einfluss der magnetischen Wolken auf die Teilchenausbreitung simulieren. Besondere Aufmerksamkeit gilt Zeitperioden, in denen meherer magnetische Wolken im interplanetaren Raum vorhanden sind: Teilchen können zwischen den Wolken gespeichert und beschleunigt werden, so dass Ereignisse mit ungewöhnlich großen Teilchenflüssen bis in den Bereich von einigen 100 MeV entstehen. Im erdnahen Raum sind derartige Schurkenereignisse (Rogue Events) mit starken geomagnetischen Störungen und eine deutlichen Modifikation der Chemie der mittleren Atmosphäre verbunden, angezeigt z.B. durch eine Verringerung der Ozonkonzentrationen.