Vorträge im WS 2007/2008

Vortragsreihe: Max Planck und die moderne Quantenphysik

Prof. Dr. Volkmar Helbig, IEAP, CAU Kiel

Das Plancksche Strahlungsgesetz und die moderne Optik (19. Februar 2008)

Nach einigen historischen Bemerkungen zur Physik an der Kieler Universität wird der schwarze Strahler aus der Sicht eines Experimentalphysikers kurz behandelt. Die besonderen Eigenschaften der Laserstrahlung sowie die Beschreibung einiger Experimente zur Quantenoptik bilden den Hauptteil dieses Beitrages zur Ringvorlesung. Dabei musste notgedrungen eine - subjektiv gefärbte - Auswahl getroffen werden. Es wird über experimentelle Untersuchungen zu den Stichworten Bose-Einstein-Kondensation, verschränkte Photonen, Frequenzkamm Technik und PEP (Pauli exclusion principle) berichtet.
 
Prof. Dr. Werner Ebeling, Humboldt Universität Berlin

Thermodynamische Gleichgewichte und Transport – die Kieler Arbeiten von Max Planck (5. Februar 2008)

Plancks Habilitationsschrift (München 1880) über thermodynamische Gleichgewichte bei verschiedenen Temperaturen war eine schöpferische Anwendung des von Clausius und Thomson aufgestellten zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik. Noch als unbezahlter Privatdozent in München und nach seiner Berufung an die Kieler Universität 1885 arbeitete Planck seine Ergebnisse aus und publizierte sie in einer Serie von Arbeiten, die einen Durchbruch für das junge Gebiet der Thermodynamik darstellten. Er entwickelte eine Theorie der Sättigungserscheinungen, des Verdampfens, Schmelzens und Sublimierens, sowie eine allgemeine thermo-dynamische Theorie von Gasmischungen. Als bedeutendste Leistungen des jungen Kieler Professors ist die Entwicklung einer thermodynamischen Theorie der verdünnten Lösungen zu betrachten (1888). Mit einer weiteren Kieler Arbeit über die Theorie der Thermoelektrizität in Leitern (1888) wendet sich Planck irreversiblen elektrischen Prozessen zu, einer Forschungsrichtung, die sich in der Folgezeit als fundamental erweisen wird. Diese Arbeiten begründeten Plancks Ruf als einer der führenden Theoretiker seines Landes.
 
Prof. Dr. Dieter Vollhardt, Universität Augsburg

Magnetismus: Von der Antike in das moderne Kiel (15. Januar 2008)

Die anziehenden und abstoßenden Kräfte des Magnetismus sind der Menschheit schon seit Tausenden von Jahren bekannt. Bis in das 19. Jahrhundert war der Ursprung des Magnetismus allerdings völlig rätselhaft. In dem Vortrag werden wichtige Schritte in der Untersuchung des Magnetismus während der letzten 3000 Jahre angesprochen – von den Beobachtungen der Griechen und Römer bis zu den Erkenntnissen der aktuellen Forschung am Institut für Physik der Universität Augsburg. Dabei werden auch Bezüge zur Medizin, Psychologie, Biologie, Literatur und Musik hergestellt.
 
Prof. Dr. Michael Bonitz, Institut für theoretische Physik und Astrophysik, Universität Kiel

Planck, das Wirkungsquantum und die moderne Physik (8. Januar 2008)

Am 23. April 2008 ist der 150. Geburtstag von Max Planck. Für Naturwissenschaftler in aller Welt ist dies ein besonderes Ereignis, verbindet sich doch mit dem Namen Planck der Beginn eines neuen Zeitalters der Wissenschaft - das der Quantenphysik. Mit der Entdeckung des nach ihm benannten Strahlungsgesetzes und des Wirkungsquantums löste Planck eine Revolution aus, die nicht nur die Physik und die Chemie vollständig umgekrempelt hat, die Resultate sind längst Grundlage moderner technologischer Anwendungen geworden, die unseren Alltag bestimmen. In diesem Vortrag gebe ich einen Überblick über Plancks Schaffen und die Entwicklungen, die aus seiner Entdeckung folgten.
 

Prof. Dr. Ralph Neuhäuser, Friedrich-Schiller-Universität Jena

Direct imaging of exo-planets - status and updates (12. Februar 2008)

After the discovery of more than 200 planet candidates by radial velocity since 1995 and the confirmation of more than 30 of them as true planets by transit observations or astrometry, it has now become possible to directly detect extra-solar planets. A few co-moving companions to young stars have been observed with ground-based 8m telescopes and adaptive optics, which could be either massive planets or low-mass brown dwarfs, partly depending on the definition of planets. We will present very recent new results and discuss the question: What is a planet?
 
Dr. Kristina Giesel, Max-Planck-Institute for Gravitational Physics, (Albert-Einstein-Institute), Potsdam

Loop Quantengravitation: Eine Einführung (29. Januar 2008)

Ziel einer Quantengravitationstheorie ist es, die Grundprinzipien der Allgemeinen Relativitätstheorie und die der Quantenfeldtheorie konsistent miteinander zu verbinden. Loop Quantengravitation stellt einen alternativen Kandidaten zur String Theorie für die Formulierung solch einer Theorie dar. In diesem Vortrag soll zunächst ein kurzer Einblick in die Basiskonzepte der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenfeldtheorie gegeben werden und motiviert werden, warum eine Quantengravitationstheorie neue Erkenntnisse über fundamentale Aspekte der modernen Physik liefern könnte. Anschließend wird eine Einführung in die Grundlagen der Loop Quantengravitation folgen, wobei der Schwerpunkt nicht auf den technischen Details sondern auf den konzeptionellen Ideen liegt. Abschließend werden aktuelle Themen der Forschung kurz vorgestellt.
 
Prof. Dr. T. Salditt, Institut für Röntgenphysik, Universität Göttingen

X-ray imaging at the nanoscale (22. Januar 2008)

Images and movies of molecular functions in complex environments such as biological cells or novel composite materials are as important for the advancement of the nano and biomedical sciences as they are difficult to obtain. They require a combination of high spatiotemporal resolution, and full compatibility with environmental conditions. Today, the overwhelming contribution of x-ray to structure analysis is by means of crystallography and diffraction, rather than imaging. In contrast to macroscopic (medical) imaging, the primary contrast mechanism for nanoscale imaging in the hard x-ray range is not based on absorption, but on other contrast mechanisms, such as chemically sensitive fluorescence radiation, or the density dependent phase shift of x-ray waves in matter. The main problem for x-ray imaging is the lack of high resolution lenses. Here we present a novel scheme of holographic imaging based on x-ray waveguides, which act as quasi-point sources of x-ray radiation.
 
Prof. Dr. H. Soltwisch, Ruhr-Universität Bochum

FlareLab: Experimentelle und numerische Simulation bogenförmiger Sonnenprotuberanzen (18. Dezember 2007)

Die Chromosphäre der Sonne und der Übergangsbereich zur Korona sind mit einem "magnetischen Teppich" gefüllt: einer Vielzahl stark strukturierter leuchtenden Bögen, die zum Teil riesige Ausmaße annehmen und bis hoch hinaus in die Korona und die Heliosphäre reichen können. Beobachtungen zeigen, dass es sich bei diesen Bögen um Plasma-gefüllte magnetische Flussröhren handelt, die sich nach einer relativ ruhigen Phase häufig explosionsartig verformen und in koronalen Massenauswürfen enden. Wann und wie es dazu kommt, dass sich die zuvor im Kraftgleichgewicht befindlichen Bögen öffnen können, ist trotz zahlreicher theoretischer Modelle nach wie vor weitgehend ungeklärt. Ziel des Bochumer "FlareLab"-Projektes ist es, entsprechende Plasmakonfigurationen unter kontrollierten Bedingungen im Labor zu erzeugen und ihr dynamisches Verhalten mittels geeigneter Diagnostiken und detaillierter numerischer Simulationen zu analysieren, um in enger Wechselwirkung von Experiment und theoretisch-numerischer Modellierung die zugrunde liegenden Mechanismen besser zu verstehen.
 
Prof. Dr. Walter Pfeiffer, Universität Bielefeld

Ultraschnelle adaptive Nahfeldoptik (11. Dezember 2007)

Ultrakurze Lichtimpulse ermöglichen die direkte zeitaufgelöste Untersuchung dynamischer elektronischer Prozesse. Die Anregung optischer Nahfelder mit geformten ultrakurzen Lichtimpulsen erlaubt eine räumliche und zeitliche Manipulation der Feldverteilung. Dieses neuartige Konzept wird in theoretischen und experimentellen Beispielen vorgestellt
 
Prof. Dr. Achim von Keudell, Ruhr-Universität Bochum

From Nanoparticles to Microplasmas (4. Dezember 2007)

Reactive plasmas are a versatile tool to synthesize new materials via non-equilibrium chemical processes. Two aspects are discussed in this talk: the synthesis of nanometer sized carbon particles in high density plasmas and the deposition of silicon oxide thin films from atmospheric microplasma jets. The control of nanoparticle formation in reactive plasmas is usually very difficult, because particle generation is a strong nonlinear process starting with the creation of negative ions, coagulation of proto-particles and finally continuous growth via chemisorption of radicals on the particle surface. The predictable synthesis of particles with diameters of only a few nanometers is cumbersome, because traditional control diagnostics such as light scattering are very inefficient in this size range. This has been resolved in our experiment by evaluating the feedback between very small particles and plasma performance. The presence of particles causes a complex plasma rotation as it is induced by weak static magnetic fields. The frequency of this plasma rotation is uniquely correlated to the particle diameter. The realization of a plasma deposition process taking place at atmospheric pressure but with non-equilibrium chemical synthesis routes is very much desired for many applications. Such a process has been implemented by using microscopic plasmas employing a high gas flow through the device. The advantages and challenges for these novel plasma sources - microplasma jets - are highlighted for the preparation of silicon oxide thin films as they are used for barrier coatings
 
Prof. Dr. D. H.H. Hoffmann, GSI Darmstadt

CERN Axion Solar Telescope: Suche nach solaren Axionen (27. November 2007)

Der Anblick des nächtlichen Sternenhimmels hat die Menschen seit jeher fasziniert, und einige der größten naturwissenschaftlichen Leistungen haben damit zu tun, astronomische Ereignisse mit großer Präzision zu beschreiben. In diese Rubrik fallen sicher die Keplerschen Gesetze, die Newtonsche Gravitationstheorie und Einsteins allgemeine Relativitätstheorie. Heute verstehen wir die Entwicklung von Sternen angefangen von interstellaren Gaswolken bis hin zu dem Endstadium in der Explosion einer Supernova und schwarzen Löchern. Wir verstehen Fusionsprozesse als Energiequelle der Sterne und haben eine klare Vorstellungen von der Entwicklung unseres Universums vom Urknall bis zum heutigen Zeitpunkt. Neue Mess- und Beobachtungsmethoden geben jedoch Rätsel auf. Gravitationslinsen, die Rotationsgeschwindigkeiten von Galaxien, riesige heiße Gaswolken in großer Entfernung von Galaxien und vieles mehr deutet darauf hin, dass die Sterne, und baryonische Materie überhaupt nur einen kleinen Teil der Gesamtmasse des Universums bilden. Der größte Teil der Masse bleibt zunächst verborgen und wird daher als dunkle Materie bezeichnet. Bis heute ist die Natur dieser Materie unklar. Kandidaten für dunkle Materie sind z.B. sogenannte WIMPS (Weakly interacting massive particles) aber auch Axionen die Thema dieses Kolloquiums sind. Diese exotischen Teilchen sind eine Konsequenz der super-symmetrischen Feldtheorie in der modernen theoretischen Physik. Bislang wurde allerdings keines dieser Teilchen im Labor gefunden. Am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf wurde in einer internationalen Kollaboration mit Darmstädter Beteiligung ein neuartiges Teleskop mit dem Namen CAST (CERN Axion Solar Telescope) aufgebaut, das seit Mai 2003 in Betrieb gegangen ist und nach Dunkler Materie in Form von Axionen sucht.
 
Prof. Dr. Ulrich Höfer, Fachbereich Physik, Philipps-Universität Marburg

Zeitaufgelöste kohärente Spektroskopie an Festkörperoberflächen (13. November 2007)

Die Dynamik von Elektronentransferprozessen an Oberflächen und Grenzflächen ist von großer Bedeutung, unter anderem für viele chemische Reaktionen oder für elektronische Bauelemente. Moderne Verfahren der Laserspektroskopie, wie die Zwei-Photonen- Photoemission (2PPE) oder transiente Gittertechniken, erlauben es heute, an einfachen Modellsystemen sehr detaillierte Untersuchungen direkt in der Zeitdomäne durchzuführen und mit theoretischen Modellen zu vergleichen. Beispielhaft werde ich dazu die Populations- und Wellenpaketdynamik von Bildpotentialzuständen auf Metalloberflächen und in Metall/Isolator- Grenzschichten diskutieren. Außerdem werde ich eine Kombination der 2PPE mit Methoden der kohärenten Kontrolle vorstellen, die es ermöglicht, elektrische Ströme optisch zu induzieren und mit hoher Empfindlichkeit und Zeitauflösung zu detektieren.
 
Zur Verabschiedung von Prof. Dr. Volkmar Helbig Prof. Dr. Wolfgang Schade, Technische Universität Clausthal

Von der Atomspektroskopie zur Photonik (6. November 2007)

Die spektroskopische Bestimmung atomarer Größen hat in der Kieler Physik eine lange Tradition. Exemplarisch sei hier die präzise Messung von Lebensdauern angeregter Atomzustände genannt. Die Entwicklung von spektral schmalbandigen Kurzpulslasern ermöglicht es, Lebensdauern mit einer Unsicherheit unterhalb von 3% durch zeitaufgelöste Fluoreszenzmessungen zu bestimmen. Derartige Daten liefern die Grundlage für vielfältige moderne Anwendungen der Laserspektroskopie, beispielsweise für photonische Sensoren bei der Prozessanalytik und -kontrolle durch quantitative online und insitu Erfassung von Gaskonzentrationen. Dieses wird exemplarisch für photonische Sensoren zur Messung der Zusammensetzung vulkanischer Gase oder bei der Sequestrierung von CO2 zur Speicherung von Treibhausgasen diskutiert. Die Ausnutzung evaneszenter Lichtfelder eröffnet bei der Konzeptionierung faseroptischer Sensoren völlig neue Möglichkeiten, insbesondere wenn für die Wellenleitung nanodimensionierte Fasern oder mit Nanodrähten strukturierte Wellenleiter eingesetzt werden. Die quantitative Beschreibung der beobachteten Effekte setzt auch hier eine genaue Kenntnis atomarer/molekularer Daten wie Linienstärken, Übergangswahrscheinlichkeiten oder Linienprofilform voraus. In dem Vortrag werden derartige photonische Sensoren auf der Grundlage von ZnO Nanodrähten vorgestellt und diskutiert.
 
Antrittsvorlesung Prof. Dr. Michael Bauer, IEAP, Universität Kiel

Oberflächenphysik mit ultrakurzen Laserpulsen (30. Oktober 2007)

Die vielfältigen Eigenschaften ultrakurzer Laserpulse haben in den letzten Jahren unser Verständnis der mikroskopischen Vorgänge an Oberflächen erheblich erweitert. Mit Hilfe solcher Lichtpulse, die oftmals nur eine Dauer von wenigen Femtosekunden (10-15 Sekunden) haben, können zunächst ultraschnelle Prozesse mit höchster Zeitauflösung verfolgt werden. Es zeigt sich aber auch, dass mit diesen Lichtquellen eine neue Physik und Chemie betrieben werden kann, die unter thermischen Gleichgewichtsbedingungen nicht möglich ist. Schließlich können die Eigenschaften von Femtosekunden-Lichtpulsen in höchst komplexer Weise geformt und manipuliert werden. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, dieses Licht nicht nur als reine Messsonde einzusetzen, sondern auch Oberflächenprozesse auf ultrakurzen Zeitskalen gezielt zu steuern.