Vorträge im WS 2006/2007

Prof. Dr. Tilmann Pfau, 5. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart

Novel Interactions In Quantum Gases (6. Februar 2007)

Interactions in atomic quantum gases - Le. cold collisions- make them a model system for many branches of physics includingcondensed matter, and nonlinear dynamies. So far all the impressive phenomena in atomic Bose and Fermi gases are driven by a contact interaction, originating from s-wave scattering off the van der Waals potential. We report on our experiments on Bose Einstein condensation in agas of chromium atoms with a sizable dipolar interaction. We prove the anisotropie nature of the dipolar interaction by relea.singthe condensate from a cigar shaped trap and observe, in time of flight measurements, the change of the aspect-ratio for different in-trap orientations of the atomic dipoles. We also report on the observation of 14 Feshbach resonances in elastic collisions between polarized ultra-cold 52Cr atoms. Such resonances constitute an important tool towards the realization of a purely dipolar interacting gas, because they can be used to change strength and sign of the contact interaction. One consequence of the anisotropie dipolar interaction is coupling between spin and motion, which we used for the first demonstration of demagnetization cooling of agas of atoms, and which might lead to a quantum version of the Einstein de Haas effect. Recently we have started to investigate interacting ultracold Rydberg atoms excited from a Bose Einstein condensate. We observed a blockade of the Rydberg excitation due to the strong repulsive van der Waals interaction of Rydberg atoms in the 43 s state. The measured blockade radius is on the order of 5-10 µm. We report on the status of our experiments on ultracold Rydberg matter.
 
Prof. Dr. D. Koester, Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Universität Kiel

Astrophysik im Alltag: Ebbe und Flut (30. Januar 2007)

Bestimmen die Sterne unser Schicksal? Sicher nicht so, wie uns Horoskope weismachen wollen. Aber wenn man Sonne und Mond mit zu den Gestirnen rechnet, und an der Nordseeküste aufgewachsen ist, hat man keinen Zweifel an deren Einflussnahme! Über die Entstehung der Gezeiten und ihre astrophysikalischen Folgen gibt es zum Teil abenteuerliche Vorstellungen, sogar in Lehrbüchern. Dies soll im Vortrag - ohne übertriebenen Ernst und Tiefsinn - beleuchtet werden.
 
Prof. Dr. Werner M. Tscharnuter, Institut für Theoretische Astrophysik, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg

Dynamische und chemische Entwicklung präplanetarer Akkretionsscheiben (23. Januar 2007)

Die Bildung von Planeten ist eine praktisch unvermeidliche "Begleiterscheinung" der Sternentstehung, zumindest der Entstehung von Einzelsternen. Wie uns die Beobachtung lehrt, sind Protosterne immer tief eingebettet in abgeflachten, scheibenförmigen Gas-/Staub-Nebeln: sie enthalten das Rohmaterial, aus dem sich später Planeten entwickeln. Es besteht offenbar aus den Überresten primordialer Materie mit hohem spezifischem Drehimpuls, die der frischgebackene Stern nicht mehr oder nur noch auf einer sehr viel längeren als der ursprünglichen Kollaps-Zeitskala aufsammeln kann. Die hierzu notwendige Umverteilung des Drehimpulses, welche die hydrodynamische und chemische bzw. mineralogische Entwicklung des präplanetaren Nebels treibt, wird im Rahmen der Theorie der Akkretionsscheiben diskutiert. Im Hinblick auf eine adäquate Interpretation der empirischen Ergebnisse von "Deep impact" und "Stardust" wird die zentrale Bedeutung von Transport- und Mischvorgängen erläutert.
 
Prof. Dr. A. Eckart, I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln

Polarized variable emission from Sgr A* at the center of the Milky Way (16. Januar 2007)

The compact source Sgr A* that can be associated with the massive black hole at the center of the Milky Way has shown a strong variability from the radio to the X-ray wavelength domain. Here I report on the latest simultaneous NIRlsub-millimeter/X-ray observations using the NACO adaptive optics (AO) instrument at the European Southern Observatory&lsquot;s Very Large Telescope. In the X-ray and radio domain we used the ACIS-I instrument aboard the Chandra X-ray Observatory and the Submillimeter Array on Mauna Kea, Hawaii, as weil as the Very Large Array in New Mexico, respectively. We also summarize the most recent results from a VLT NACO observations of polarized NIR flare emission of Sgr A*. We interpret the results using a model in which spots are on relativistic orbits around Sgr A* and discuss the possibility of a jet or outflow from such a disk. We find that the variable NIR emission of Sgr A* is highly polarized and consists of a contribution of a non- or weakly polarized main flare with highly polarized sub-flares. The flare activity shows a possible quasi-periodicity of 20±3 min consistent with previous observations. The highly variable and polarized emission supports that the NIR emission is nonthermal. The observations can be interpreted in a jet or temporary disk model. In the disk model the quasi-periodic flux density variations can be explained by spots on relativistic orbits around the central MBH. Alternative explanations for the high central mass concentration involving boson or fermion balls are increasingly unlikely.
 
Prof. Dr. Antti-Pekka Jauho, Technical University of Denmark

Electronic Transport In Nanodevices At Different Length Scales — An Overview (9. Januar 2007)

The theoretical modeling of electronic transport in modern nanoscale systems presents many challenges: the number of atoms may vary from a few to several millions, the experiments are often performed at far-from-equilibrium conditions, in some systems the charge carriers interact strongly between themselves while moving coherently in others, and they may exchange energy with the atoms consituting the nanostructure, thus necessitating the inclusion of inelastic effects. No single formalism can capture all these effects, and in this talk I review some of the modern theoretical tools my group has used in this field. Specific examples include (i) studies of quantum diffusion in supramolecular conductors, using a combination of wave function propagation and the Kubo formula, (ii) inelastic transport in atomic wires using a combination of the Density-Functional Theory and Nonequilibrium Green functions, and (iii) numerically exact solutions of low-dimensional systems using the Density-Matrix Renormalization Group.
 
Antrittsvorlesung Prof. Dr. Wolfgang J. Duschl, Institut für Theoretisch Physik und Astrophysk, Universität Kiel

Wie die Schwarzen Löcher ins Universum kamen (19. Dezember 2006

Es ist noch gar nicht lange her, da galt es als Sensation, wenn man auch nur einen Hinweis auf ein Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie fand, heute dagegen geht die Astrophysik davon aus, dass massereiche Schwarze Löcher zur "Standardausstattung" galaktischer Zentren gehören. Die Massen reichen dabei von wenigen Millionen Sonnenmassen, wie z.8. im Fall der Milchstraße, bis über einige Milliarden Sonnenmassen in den extremsten Fällen. Während das Vorhandensein Schwarzer Löcher heute so gut wie außer Frage steht, ist ihre Entstehung und Entwicklung noch nicht besonders gut verstanden. Insbesondere findet man paradoxer Weise, dass Schwarze Löcher umso schneller zu entstehen scheinen, je massereicher sie am Ende ihrer Entwicklung sein werden. Im Vortrag wird zum einen der derzeitige Stand unseres Wissens um Schwarze Löcher in Galaxienkernen zusammengefasst, zum anderen werden erste Ergebnisse aktueller Arbeiten vorgestellt, die das beobachtete Paradoxon auf ein überraschendes Wechselspiel zwischen Materialeigenschaften des Gases in den Galaxien und der Entwicklung des Weltalls als Ganzes zurückführen.
 
Dr. U. Kogelschatz, vormals ABB Corporate Research, Baden/Schweiz

Kalte Atmosphärendruckplasmen: Neuere Forschungstrends und industrielle Anwendungen (12. Dezember 2006)

Nicht-Gleichgewichts-Entladungen haben den Vorteil, dass Elektronenstoßreaktionen eingeleitet werden können in einem Gas, das sich nahe bei Raumtemperatur befinden kann. Während solche "kalten Plasmen" früher überwiegend im Niederdruckbereich betrieben wurden, zeichnen sich heute verschiedene Möglichkeiten ab, ähnliche Prozesse auch bei Atmosphärendruck durchzuführen. Das hat den großen Vorteil, dass keine aufwendigen Vakuumapparaturen und Pumpstände benötigt werden. Wichtige Vertreter solcher Entladungen sind Korona-Entladungen und Barrieren-Entladungen (stille Entladungen), neuerdings auch Mikroentladungen in engen Kavitäten. Zu den wichtigsten Anwendungen gehören neben dem Einsatz zur Oberflächenmodifizierung die Elektrofilter, Ozonerzeuger, Excimerlampen und neuerdings die flachen Fernsehbildschirme (Plasma Displays oder PDPs). Bei den PDPs entstand ein völlig neuer Markt, der seit der Markteinführung im Jahre 1997 auf über 7 Millionen Stück im letzten Jahr (2005) expandierte.
 
Prof. Dr. K.-D. Weltmann, INP Greifswald

Plasmatechnologie für interdisziplinäre Anwendungen, (5. Dezember 2006)

Die Nutzung von anisothermen Plasmen im Normaldruckbereich hat, ausgehend von der Erkenntnis des in diesen Entladungen steckenden wirtschaftlichen Potentials, weltweit einen Aufschwung genommen. Insbesondere im Bereich biomedizinischer Anwendungen wird erhöhter Forschungsund Entwicklungsbedarf konstatiert [BMBF Studie "Potenzial der Plasmatechnik 2004"]. Wichtige Verfahren der Oberflächenbehandlung, wie Aktivierung, Passivierung, Funktionalisierung sowie Beschichtung und Ätzen gewinnen weiter an Bedeutung. Zusätzlich erlangen Plasmaverfahren zur Keimreduktion bis hin zur Sterilisation immer mehr Aufmerksamkeit als Alternative zu bestehenden Verfahren insbesondere bei thermolabilen Materialien. Sowohl grundlegende Fragestellungen der spezifischen Wirkung des Plasmas als auch experimentelle Arbeiten zum Nachweis der Machbarkeit sind in enger Kombination notwendig, um spätere Fragen der Geräte- und Prozeßzulassung rechtzeitig zu beantworten. Im Mittelpunkt aktueller Arbeiten zu dieser Thematik steht die Behandlung nicht ebener (3D) Substrate, sowie die gezielte, lokale Behandlung definierter Bereiche unter Normaldruckbedingungen. Hier sind z.B. Jet-Geometrien zu nennen, die durch einen erhöhten Gasfluß in Verbindung mit dem elektrischen Feld gekennzeichnet sind. Mit diesen Quellen können auch nichtflächige Oberflächen behandelt werden. Es wird eine Reihe von Beispielen für Applikationen angegeben. Neben den bereits erwähnten, wie Oberflächenaktivierung von Kunststoffen zur Erhöhung der Benetzbarkeit und Reinreinigung wird auch die Abscheidung von Funktionsschichten oder die Entkeimung in der Medizintechnik demonstriert.
 
Prof. Dr. K. Mannheim, Universität Würzburg

The Cosmic Gamma Ray Background (28. November 2006)

Cosmic particle accelerators can be studied with unprecedented sensitivity at very high energies using the new air Cherenkov telescopes MAGIC and H.E.S.S. on both celestial hemispheres. Newly found faint high-peaked blazars provide clues to the origin of the cosmic gamma ray background found with the spark champer telescope EGRET. However, the highly significant excess over apower law spectrum in the background spectrum found by Strong, Moskalenko, and Reimer (2004) cannot be attributed to these newly found high-peaked blazars. The spectral feature is consistent with gamma ray emission due to dark matter annihilation in clumpy halos, if the dark matter consists of weakly interacting massive particles with a mass of 500 GeV. A faint shoulder in the spectrum of galactic positrons as measured by HEAT is consistent with this interpretation, and would result from local dark matter annihilation in our Galaxy.
 
Dr. Nicolas Neél, Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Universität Kiel

Scanning Tunnelling Microscopy and Spectroscopy Investigations of Atoms and Molecules on Surfaces (21. November 2006)

The scanning tunnelling microscope is a surface science technique weil known for its capabilities of imaging with atomic precision and performing spectroscopy of occupied as weil as unoccupied electronic states with high energy resolution. This powerful instrument, widely used in the important research field of physics at the nanometre scale, is an ideal tool for investigations of morphologies as weil as electronic properties of nanostructures. The controlled fabrication of adsorbate assemblies at the nanometre scale remains a challenging endeavour in surface science. Indeed, the last decade has witnessed many efforts to realize the parallel fabrication of highly periodic structures at surfaces. One way of achieving this goal is to exploit pre-structured surfaces as templates to guide the deposition of atoms or molecules. Wires of magnetic atoms, regular arrays of molecule clusters, and molecule chains have been obtained by the use of reconstructed and vicinal surfaces. The design of future electric circuits consisting of atomic wires and molecular switches requires investigations of the electric conductivity of individual atom or molecule. For this purpose, single atom or molecule must be contacted by two electrodes. In our experiments, one of the electrodes is the hosting substrate surface while the other electrode is the tip. The high spatial resolution of the instrument and precise positioning of the tip over the surface D allows approach of the tip towards the atom or molecule as far as to establish a controlled mechanical contact. Conductance curves on single atoms and specifically addressed positions of molecules are thus feasible and have been measured.
 
Dr. Piet O. Schmidt, Universität Innsbruck

Quantum Logic Spectroscopy and Optical Clocks (14. November 2006)

Optical spectroscopy of ions and neutral atoms holds the promise of optical clocks with unprecedented stability and accuracy. In the past, the choice of atomic species with transitions suitable for precision spectroscopy was often restricted to atoms that also had suitable transitions for laser cooling, state preparation and detection. This limitation can be overcome by assigning these laUer tasks to an auxiliary atomic species using quantum logic methods. In our implementation, a laser-cooled beryllium ion is trapped in a linear Paul trap simultaneously with an aluminum ion. The Coulomb interaction between the ions allows us to sympathetically cool Al+ via Be+. Using quantum logic techniques, we map the internal state of the aluminum ion onto the beryllium ion, where it is then detected with high efficiency. That way, we realized an optical clock based on a narrow transition in Al+. We performed absolute frequency measurements using a femtosecond frequency comb that was referenced to the NIST cesium primary frequency standard. Frequency ratio measurements between the aluminum and mercury single ion optical standards showed a fiftyfold improvement in stability of these optical clocks over the Cs microwave clock. A preliminary evaluation of the systematic errors indicates that the aluminum and mercury ion optical clocks are the two most accurate clocks to date.
 
Dr. S. Böttcher, Prof. Dr. B. Heber, Dipl. Phys. R. Müller-Mellin, Prof. Dr. R. F. Wimmer-Schweingruber,Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Universität Kiel

Die Sonne in 3-d: Kieler Beiträge zu STEREO (31. Oktober 2006)

Am 26. Oktober, um 2:52 MEZ, ist die NASA STEREO Mission erfolgreich gestartet. Mit an Bord ist das Kieler Solar Electron and Proton Telescope (SEPT). STEREO soll mit "zwei Augen" im Weltraum eruptive Phänomene auf der Sonne und ihre Auswirkungen auf den interplanetaren Raum untersuchen.
 
Antrittsvorlesung Prof. Dr. H. Kersten, Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Universität Kiel (24. Oktober 2006)

Das Universum - eine Welt des Plasmas

Während für den "Normalverbraucher" auf der Erde das Plasma einen recht exotischen Zustand der Materie darstellt, ist es doch im Universum die dominierende Daseinsform der Materie. Plasmen existieren im Weltall in vielen Modifikationen - von den dichten, thermischen Fusionsplasmen im Inneren der Sonne (und der Sterne) bis hin zu den extrem nicht-thermischen und dünnen Plasmen des interstellaren Raumes. Im Rahmen der Antrittsvorlesung wird auf unterhaltsame Weise eine Reise durch die faszinierende Welt der Plasmen unternommen:
  • Plasma - der vierte Aggregatzustand
  • Gasentladungen im Labor und deren Anwendungen
  • Natürliche Plasmen auf der Erde und im Sonnensystem
  • Sonne und Sterne - kompakte Plasmakugeln im Weltall
  • Interstellare und Intergalaktische Materie
Der Vortrag wird durch einige eindrucksvolle und sehenswerte Experimente "exotischer Gasentladungen" ergänzt.