Physik & Mehr

Bislang scheint die Dunkle Materie sich jeglichem Nachweis zu entziehen. Mit dem Cosinus-Experiment wollen Physiker nun endlich Klarheit schaffen und inspizieren dazu verstärkt die Milchstraße.

Ausguck: die Sternwarte des Vereinsgebäudes in Frankfurt-Bockenheim

Physikalischer Verein:
Von brennenden Hammelfüßen zur Quantenphysik

Er lieferte Brandgutachten, synchronisierte die Uhren der Stadt und legte den Grundstein für die naturwissenschaftliche Fakultät der Goethe-Universität: Vor 200 Jahren wurde in Frankfurt der Physikalische Verein gegründet. Seinen Bildungsauftrag erfüllt er bis heute.
Peter Higgs bei einem Besuch am Forschungszentrum CERN. Im Hintergrund der CMS-Teilchendetektor, mit dem 2012 die Existenz des Higgs-Bosons nachgewiesen werden konnte.

Zum Tod von Peter Higgs:
Der Vater des „Gottesteilchens“

Er hatte erkannt, wie Elementarteilchen zu ihrer Masse kommen. Fünfzig Jahre später bekam er für diesen Geistesblitz den Physiknobelpreis. Am Montag ist Peter Higgs im Alter von 94 Jahren gestorben.
Peter Thirolf betreibt Experimentalphysik am Limit.

Zeitmessung:
Genauer als genau

Lässt sich die Zeit noch präziser messen als mit einer Atomuhr? Eine Kernuhr könnte das. In Garching wird daran gearbeitet.
Vanilleschoten und deren Extrakte.

Vanillin:
Aroma für alle

Seit 150 Jahren wird Vanillin synthetisch hergestellt. Auf tropische Rankpflanzen ist seither niemand mehr angewiesen. Den Geschmacksstoff erzeugt man aus Fichten, Holzresten oder Erdöl.
Flößerei in Russland: Experten vermuten, dass Holz aus Russland trotz Sanktionen in die Europäische Union gelangt. (Symbolbild)

Verbotenes Holz:
Isotope gegen Putin

Forscher decken mit chemischen Analysen die verschlungenen Pfade von Holzexporten auf. Damit wollen sie helfen, Sanktionen gegen Russland durchzusetzen.
Dieses Wärmebild zeigt Schwachstellen in der Isolierung von Wohngebäuden. Ein größer Teil der Wärme verpufft noch immer in die Umwelt.

Thermoelektrischer Effekt:
Wärmewende im Nanokanal

Noch immer verpufft viel zu viel Abwärme ungenutzt in die Umwelt. Forscher haben nun neue Anwendungsmöglichkeiten für Wärme niedriger Temperatur entdeckt. Sie kämen auch für Gebäudefassaden in Frage.

Die Luftnummer der Corona-Aufarbeitung

Die gefährliche Intransparenz von Tiktok und Co.


Blick ins Innere der Vakuumapparatur mit der leuchtenden Plasmazelle.

Kompakte Synchrotronquelle:
Der Elektronenlaser für den Labortisch

Zur Erzeugung brillanter Synchrotronstrahlung sind bislang große Teilchenbeschleuniger erforderlich, in denen Elektronen auf hohen Energien gebracht werden. Jetzt geht das auch deutlich kompakter.
Die Großvolumenpresse „Aster-15“ am Deutschen  Elektronen-Synchrotron in Hamburg wurde nach einer blau blühenden Blume benannt und nach den 15 Meganewton (1500 Tonnen), mit denen sie die Dinge zusammendrücken kann.

Hochdruckeis:
Manches Eis mag es heiß

Exotische Eissorten: Gefrorenes Wasser gibt es in mindestens zwanzig Varianten. Die meisten davon bilden sich erst im Extremen – zum Beispiel tief im Erdinneren.
Noch versorgen Lithium-Ionen-Akkus mit flüssigen Elektrolyten die E-Autos mit Strom.

Konkurrenz für Lithium-Akkus:
Wann wird die Feststoffbatterie serienreif?

Leistungsfähiger und sicher, aber auch günstig? Eine aktuelle Fraunhofer-Studie lotet die Potentiale und Marktchancen des neuen Hoffnungsträgers für die E-Mobilität aus.
Metamateriell: Diese Würfelstruktur antwortet auf Druck mit einer Drehung.

Geschichte eines Trendwortes:
Alles Meta

Metaversen, Metaoberflächen und Metamaterialien - der Einsatz des Präfixes „Meta“ treibt immer neue Blüten. Die kurze Geschichte eines Trendworts.
Jeder Punkt ein Qubit: Fluoreszenzbild einer Anordnung aus 1225 neutralen Caesium-Atomen, gehalten von in einem (hier unsichtbaren) Gitter aus Laserstrahlen. Das Bild ist etwa 100 Mikrometer oder 0,1 Millimeter breit.

Quantencomputer:
Erst verschränkt und dann auch noch herumgeschubst

Gleich zwei Forscherteams melden Erfolge bei einer bislang unterbelichteten Möglichkeit, Quantencomputer zu realisieren. Diese könnte selbst den supraleitenden Chips von Google oder IBM Konkurrenz machen.
An eine Maschine aus der Werkstatt von Leonardo da Vinci erinnert der Roboter aus Kalifornien.

Robotik:
Sprungroboter bricht den Höhenrekord

Die Natur als Vorbild: Mit einer Sprunghöhe von über 30 Metern stellt ein Roboter einen neuen Rekord auf. Möglich ist das dank eines ausgeklügelten Mechanismus.
Wasserstofftankstelle in Hessen bei Kassel

Energiewende:
Weltraumtechnologie auch für die Erde?

Alkalische Brennstoffzellen kommen gänzlich ohne Edelmetalle aus und arbeiten bei moderaten Temperaturen. Aber können sie auch hinsichtlich ihrer Leistung und Lebensdauer konkurrieren?
Ein Techniker arbeitet am Cern, der Europäischen Organisation für Kernforschung, in einem Tunnel für den Teilchenbeschleuniger LHC in Meyrin bei Genf.

Geheimnisse des Universum:
Neustart für den Teilchenbeschleuniger von Cern

Nach drei Jahren Pause wegen Wartungsarbeiten werden wieder Protonenstrahlen durch den unterirdischen Ring von 27 Kilometern Länge gejagt. So wird die Zeit der Entstehung des Universums vor rund 14 Milliarden Jahren simuliert.
Photovoltaikanlage in Wittenburg: Immer größere Flächen sind nur ein kleiner Teil der Lösung.

Solarenergie:
Hoffnungsträger für die Energiewende

Hoffnungsträger für die Energiewende: Als Tandem sorgen dünne Halbleiterschichten in Solarzellen für mehr Effizienz. Erwächst dem Silizium Konkurrenz?
Der Detektor CDF am Fermilab

Endlich neue Physik?:
Sieben Sigma sind schon beachtlich

In den Daten eines längst abgeschalteten Teilchenbeschleunigers am Fermilab bei Chicago wurde etwas Hoffnungsvolles entdeckt: Das W-Boson ist schwerer als es sein dürfte. Stecken dahinter unbekannte physikalische Phänomene?
Zerlegtes Iodpyridin-Molekül: Kohlenstoff rot, Stickstoff grün, Iod grau, Wasserstoff violett. Recht ist das Modell der aromatischen Verbindung zu sehen.

Im Laserstrahl:
Wenn Röntgenblitze Moleküle in Stücke reißen

Mit einer besonderen Kamera haben Forscher erstmals einen Schnappschuss eines größeren Moleküls im Flug geschossen.
Blick ins Innere einer Diamant-Hochdruckzelle: Die Materialprobe wird von zwei konischen Diamanten extrem zusammengepresst und abgekühlt. Dieses Verfahren nutzten die Forschern um Ranga Dias, um bei einem wasserstoffreichen Gemisch schon bei milden Temperaturen Supraleitung hervorzurufen.

Eskaliert:
Der gute Ton macht die Musik

Ein heftiger Streit ist ausgebrochen unter zwei Physikern. Grund ist ein Experiment aus dem Jahr 2020 bei dem Supraleitfähigkeit schon bei Plusgraden aufgetreten sein soll. Jetzt hat einer der beiden Forscher sogar ein Publikationsverbot erhalten.
Eine piezoelektrische Faser wird in ein Wolldecke eingewoben.

Smarte Kleidung:
Das Ohr im Shirt

Smarte Kleider liegen im Trend und faszinieren nicht nur Technikfreaks. Jetzt lassen sich mit einer piezoelektrischen Faser anziehbare Hörgeräte oder akustische Sensoren schneidern.
Die Satelliten-Zwillinge GRACE mit dem Schwerefeld der Erde (in stark überhöhter Form) hergeleitet aus Messdaten der Satelliten CHAMP und GRACE sowie aus Daten der Gravimetrie und Satelliten-Altimetrie.

Gravitation:
Kalte Atome im freien Fall

Feldforschung mit kalten Atomen: Ein empfindlicher Quantensensor kann lokal minimale Anomalien des irdischen Schwerefelds messen und so verborgene Strukturen im Untergrund aufspüren.
Eine Satellitenaufnahme des Atomkraftwerks in Saporischschja

Kernkraftwerk unter Beschuss:
Es gab in der Geschichte bislang keinen derartigen Vorfall

In der Ukraine ist ein Kernkraftwerk mit russischen Raketen beschossen worden. Radioaktivität scheint nicht ausgetreten zu sein. Es hätte aber weitaus Schlimmeres passieren können, sagt Radioökologe Clemens Walther im Interview.
Schweres Werkstück: Sektor #5 des ITER-Reaktorgefäßes, Anfang Juli 2021 in der Fertigung bei dem italienischen Herstellers Westinghouse/Mangiarotti.

Kernfusion:
Schon wieder verzögert sich der Fusionsreaktor ITER

Eine Behörde verweigert eine Genehmigung, was den Bau des experimentellen Fusionsreaktors ITER wieder einmal verzögern dürfte – und dann ist da noch Russland.
Wladimir Putin im Herbst 2020 im Gespräch mit dem russischen Verteidigungsminister Schojgu und anderen Militärvertretern.

Russlands Waffen:
Wie gefährlich sind Putins Vakuumbomben?

Vakuumbomben können in ihrer Wirkung sogar taktische Kernwaffen übertreffen. Zehn Kilometer von der ukrainischen Grenze entfernt wurden sie gesichtet. Was sind das für Bomben?
Blick auf die Vakuumkammer, in der kalte Strontiumatome  schweben, die von sich kreuzenden Laserstrahlen festgehalten werden. Die Frequenz des ausgesandten Fluoreszenzlicht nutzen die Forscher zum Test der gravitativen Zeitdilatation auf der Millimeterskala.

Relativitätstheorie im Test:
Einstein hat recht, sogar millimetergenau

Die Schwerkraft hat Einfluss auf den Verlauf der Zeit. Dieser relativistische Effekt konnte erstmals mal auf Millimeterskalen nachgewiesen werden.
Kykladische Kühlung: Gekalkte Fassaden weisen Sonnenhitze ab. Allerdings auch im Winter, weswegen die Methode in unseren Breiten eher unüblich ist.

Strahlungskühlung:
Wie Fassaden zu Hitzeableitern werden

Spezielle Beschichtungen an Häusern, die im Sommer Wärme ins All abstrahlen und im Winter dämmen: An dieser Idee tüfteln Ingenieure seit Jahren – nun mit erstem Erfolg.
Blick in das Innere des Hauptspektrometers des KATRIN-Experiments zur Bestimmung der Neutrinomasse.

Geisterteilchen auf der Waage:
Wie leicht sind denn nun Neutrinos?

In Karlsruhe haben Physiker mit einer riesigen „Waage“ die Masse von Neutrinos vermessen. Die ungeladenen Geisterteilchen sind leichter als gedacht. Das hat physikalische Konsequenzen.
Ein Ofen auf Stufe „Hundert Millionen Grad“: Das Innere des Versuchsreaktors JET. Rechts ist das Bild überlagert mit der Aufnahme des pink glimmenden Fusionsplasmas.

Kernfusion:
Ein Brennen der Hoffnung

Kernfusionsforscher können einen weiteren wichtigen Fortschritt feiern – diesmal bei der Verschmelzung von Atomkernen in einem von Magnetfeldern gehaltenen Plasma.
Der Versuchsaufbau des Stern-Gerlach-Experiments war insgesamt nur etwa 30 Zentimeter lang. An den enden der gläsernen Tüllen waren Pumpen und Kühler angeschlossen.

Atomphysik:
Silberne Strahlen, die sich verzweigen

Vor hundert Jahren gelang zwei Physikern in Frankfurt ein denkwürdiges Experiment. ­Seither ist die Quantenphysik mehr als nur Theorie.
Bei der Laserfusion an der National Ignition Facility in Livermore werden intensive Laserstrahlen auf eine Kapsel, gefüllt mit Deuterium und Tritium, gerichtet, um eine kontrollierte Kernverschmelzung auszulösen.

Gezähmte Sonne:
„Unser Ziel ist ein Fusionsreaktor bis Ende des Jahrzehnts“

Der Weg ist frei für die kontrollierte Kernfusion mit Lasern als saubere Energiequelle. Ein Darmstädter Start-up will bis 2030 einen Demonstrationsreaktor bauen. Der Plasmaforscher und Gründer Markus Roth äußert sich dazu im Interview.
Zwölf Jahre nach Farm Hall: Walther Gerlach 1957 in Bonn zusammen mit Otto Hahn (links) und Carl Friedrich von Weizsäcker (rechts)

Walther Gerlach:
Der Reichsmarschall für Kernphysik

Ein Physiker im Dritten Reich und danach: Walther Gerlach oder die eigentümliche Karriere eines deutschen Professors
Licht am Ende des Tunnels: Im Inneren der „National Ignition Facility“ im kalifornischen Livermore. 192 Laserstrahlen, geführt von Rohren, erhitzen ein kleinen Goldzylinder mit dem Brennstoffpellet.

Erfolg bei der Trägheitsfusion:
Die Bombe im Senfkorn

Fortschritt bei der Trägheitsfusion: Laserblitze zünden eine kontrollierte Atomkern-Verschmelzung und halten sie kurz am Brennen. Dabei konnte eine Energieausbeute von 70 Prozent erzielt werden – ein Rekord.