08. Juli 2010, 11:40

Die Fachgebiete des 1999 Physik-Nobelpreisträger Gerard 't Hooft sind die Teilchenphysik und Quantumgravitation. Sein Vortrag bei der Lindau-Nobelpreisträgertagung jedoch handelte nicht davon, sondern von seinem "Hobby", wie er es nannte: die großen Herausforderungen der Wissenschaft. In diesem Vortrag bot Prof. 't Hooft einen schnellen Überblick über die großen Themen, die er vorhersehen kann. Mein Blogger-Kollege Lars Fischer hat darüber auch schon kurz im Lindau-Blog geschrieben.

Wie so viele andere Wissenschaftler wurde 't Hooft von der Apollo-Landung auf dem Mond begeistert. Dies führte dazu, dass er mehr über Wissenschaft erfahren wollte. Auch in heutiger Zeit gibt es solche spannenden Unternehmungen. Die Raumsonde Cassini beispielsweise zeigt, dass das Saturn-System viel komplexer ist, als man früher gedacht hätte. Wie es wohl wäre, tatsächlich eines Tages dort hin zu fliegen?

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29. Juni 2010, 01:11

Der Vormittag war heute mit Plenarvorträgen verplant, die teilweise recht gut, teilweise sehr speziell und schlecht verständlich waren. Ein Vortrag war auch sehr abgehoben, aber darauf gehe ich im Moment nicht ein; ich werde mir zunächst einmal die entsprechenden Paper besorgen, wenn ich wieder mehr Zeit habe. Sehr gut hat mir der Vortrag von John Mather über die Entwicklung des Universums gefallen.

Nachmittags sollten dann die Nachwuchswissenschaftler in kleinerem Rahmen mit den Nobelpreisträgern interagieren. Ich habe dann zwei Vorträge in kleinerem Rahmen mit geplanten anschließenden Diskussionen mit Nobelpreisträgern besucht. Zuerst war ich bei Roy Glauber, der den Nobelpreis für die Theorie optischer Kohärenz bekommen hat. Es sollte um Quantenoptik gehen, einem hochaktuellen Thema.

Allerdings meinte es Prof. Glauber leider etwas zu gut und hat einen umfassenden Einführungsvortrag in Optik und Quantenmechanik gehalten. Der wurde zwar immerhin ab und zu von Fragen unterbrochen, aber zu den interessanten Experimenten am Ende, die er eigentlich vorstellen wollte, ist er leider kaum noch gekommen. Prof. Glauber war allerdings sehr interessiert, motiviert und hat sich redlich Mühe gegeben, alle Fragen zu beantworten.

In der Pause bin ich dann zum nächsten Vortrag einmal quer über die Insel geeilt. Hier ging mit Carlo Rubbia es um "Untergrund-Physik: Neutrinos und Dunkle Materie". Prof. Rubbia hat 1984 den Nobelpreis für die Entdeckung der W- und Z-Teilchen bekommen.

Er ist die Sache meiner Meinung nach deutlich besser angegangen als Prof. Glauber. Sein Vortrag dauerte nur etwa eine halbe Stunde. Darin hat er den Stand der Dinge Dunkle Materie betreffend vorgestellt und verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, wie die fehlende Materie gefunden werden könnte. Sein Favorit ist die Idee, dass es noch ein zusätzliches viertes Neutrino gibt, das sehr schwer ist, aber nur gravitationell wechselwirkt (ein sogenanntes "schweres Neutrino"). Es gibt im Moment durchaus Experimente, die auf eine vierte Neutrinogeneration hinweisen (aber auch andere, die nur wie gehabt drei Generationen zulassen).

Danach hat sich Prof. Rubbia sehr viel Zeit gelassen und alle Fragen beantwortet. Es waren auch einige sehr detaillierte Fragen dabei, die eindeutig von Nachwuchswissenschaftlern kommen, die sich bereits mit dem Thema beschäftigen.

Ich habe gefragt, wie eventuell Dunkle Materie in unserem Sonnensystem nachgewiesen werden könnte. Die Antwort war, dass es nur sehr wenig Masse an Dunkler Materie in unserem Sonnensystem gibt. Eine Möglichkeit, sogenannte WIMPs (schwach wechselwirkende massive Teilchen) in unserem Sonnensystem zu finden, wäre der Nachweis von WIMP-AntiWIMP Annihilation im Inneren der Sonne. Dieser Nachweis ist bisher allerdings noch nicht gelungen. Das Messen dieser Teilchen ist unter anderem aber auch ein Ziel des Experiments AMS, das mit dem letzten Shuttle-Flug auf die ISS gebracht werden soll (und an dem das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt beteiligt ist).

Abends gab es dann ein von der Europäischen Union gesponsertes Abendessen mit Party. Eigentlich sollten an jedem Tisch ein Nobelpreisträger (eventuell mit Frau) sitzen. Für unseren Tisch war Wilson vorgesehen, der Mitentdecker der kosmischen Hintergrundstrahlung. Er ist aber leider nicht gekommen, und so habe ich an dem Abend mit keinem Nobelpreisträger sprechen können. Die anderen Nachwuchswissenschaftler sind allerdings auch sehr nett, also habe ich nicht viel vermisst.

Morgen gibt es wieder viele Vorträge und Diskussionen, und abends das von der Max-Planck-Gesellschaft gesponsorte Essen.

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28. Juni 2010, 00:55

Von einer Konferenz zur anderen... Kaum bin ich aus Dublin zurück gekommen, bin ich auch schon wieder unterwegs - dieses Mal aber ins eher beschauliche Lindau. Die Konferenz dafür ist sogar noch größer als die EPS-Konferenz - und um einiges besser bestückt: Ich hatte dieses Jahr das Glück, als junge Wissenschaftlerin ausgewählt zu werden, um an der Nobelpreisträgertagung teilzunehmen.

Dieses Jahr haben sich 61 Nobelpreisträger und 650 junge Wissenschaftler aus 70 Ländern am Bodensee versammelt. Heute habe ich mich erst einmal registriert - was trotz der Ankündigung, sich nur mit Pass registrieren zu dürfen, völlig problemlos abgelaufen ist. Dabei wurde dann das Begrüßungspaket sowie die blaue Tasche ausgehändigt. In der Tasche nur außerdem noch das Buch "Nobels" von Peter Badge, das in meinem Trolley vielleicht 1/4 des Platzes belegt. Gut, dass es uns vorher angekündigt worden war...

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26. Juni 2010, 20:40

Die EPS-Konferenz ist mittlerweile bereits wieder zu Ende. Es gab wieder viele spannende Vorträge; zu viele, um von allen hier zu berichten. Zwei Themen möchte ich jetzt aber noch vorstellen, die beide Anwendungen der Plasmaphysik beinhalten:

A. Aanesland hat von einer neuartigen Art von Ionenantrieben für Weltraumsonden berichtet. Wie bei normalen Raketentriebwerken wird bei Ionenantrieben eine vorantreibende Kraft auf das Raumschiff ausgeübt, indem der Rückstoß einer nach hinten ausgestoßenen Masse ausgenutzt wird. Der Unterschied zwischen normalen Rakteten- und Ionenantrieben ist, dass diese Masse nun aus Ionen besteht, die durch ein elektrisches Feld von der Sonde wegbeschleunigt werden.

Um nun eine immer stärker werdende Aufladung der Sonde zu verhindern, müssen die Ionen wieder neutralisiert werden, nachdem sie das System verlassen haben. Dies geschieht herkömmlicherweise mit Elektronen, mit denen die Ionen rekombinieren.

Wie Frau Aanesland berichtet, ist die Kathodenröhre, mit der die Elektronen erzeugt werden, normalerweise das Hauptproblem der Ionenantriebe - sie hat nur eine kurze Lebenszeit und ist fehleranfällig. Um dies zu umgehen, arbeitet Dr. Aanesland an einem Antrieb, in dem positiv und negativ geladene Ionen beschleunigt werden. Diese rekombinieren nach dem Austritt aus der Sonde automatisch, und eine Aufladung wird vermieden.
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22. Juni 2010, 16:32

Jedes Jahr wieder treffen sich Plasmaphysiker aus Europa und auch von weiter her auf der Plasmaphysiktagung der Europäischen Physikalischen Gesellschaft. Dieses Jahr findet diese EPS-Tagung in Dublin statt.

Wir sind vorgestern hier auf dem Campus der Dublin City University angekommen. Dabei ist mir gleich aufgefallen, dass die Iren sehr hilfsbereit, gastfreundlich und nett waren - mit öffentlichen Verkehrsmitteln vom Flughafen hierher und später auch in die Innenstadt zu fahren, war dank der vielen hilfreichen Tipps der Einheimischen überhaupt kein Problem.

Gestern fing die Konferenz dann gleich mit der Verleihung des Alfvén-Preis an Allen Boozer und Jürgen Nührenberg an. Ich habe mir dann hauptsächlich die Plenarvorträge und die Talks über Tieftemperaturplasmaphysik angehört. Besonders gespannt war ich aber auch auf den Vortrag von J. D. Lindl vom Lawrence Livermore National Laboratory über die National Ignition Facility.

In diesem Experiment wird in den USA eine alternative Methode zum ITER verfolgt, um Fusion (also das Verschmelzen von Atomkernen) zum Gewinn von Energie zu erreichen. Dabei wird ein Target aus Wasserstoff mit 192 Lasern beschossen, um es so stark zu komprimieren, dass Fusion stattfinden kann. (Zum Beispiel im Fischblog gibt es eine genauere Erklärung.)

Im Jahr 2009 wurden hauptsächlich Vortests durchgeführt, um beispielsweise eine symmetrische Kompression des Targets zu erreichen. Außerdem wurden z.B. die Messmethoden zur Diagnostik kalibriert. Im Moment finden Umbauarbeiten statt, damit später im Jahr die ersten Experimente durchgeführt werden können, bei denen es tatsächlich zur Fusion kommen soll.

Fusion findet bekanntlich auch im Inneren unserer Sonne statt. Ein Nebeneffekt davon ist es, dass Sonnenwind entsteht, also geladene Teilchen, die von der Sonne ausgestrahlt werden und das Sonnensystem durchdringen. Von der Wirkung des Sonnenwinds auf Staub im Sonnensystem handelte ein Vortrag von I. Mann.

Normalerweise wird diese Wirkung theoretisch berechnet. I. Mann hat nun Messungen vorgestellt, unter anderem vom der Raumsonde Ulysses. Dabei wurden zum Beispiel Staubteilchen nachgewiesen, die kleiner als 100 nm waren. Dieser Staub entsteht zum Beispiel dann, wenn größere Staubteilchen zerbrechen. Je nachdem, wo dies passiert, kann der Staub dann im Orbit um die Sonne gefangen werden oder auch durch den Sonnenwind aus dem Sonnensystem herausgeschleudert werden. 

Für die Zukunft sind sowohl von der ESA als auch der NASA weitere Missionen geplant, die die Sonne, den Sonnenwind und auch Staubteilchen im Sonnensystem weiter untersuchen werden.

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Bilder:

EPS Konferenz
NIF
NASA Ulysses

 

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19. Mai 2009, 18:00

Die letzten Wochen waren sehr spannend bei uns im Institut.

Vor zwei Wochen sind unsere russischen Kollegen zu Besuch gekommen und haben die Daten der letzten Mission auf der Raumstation mitgebracht, die vorher von der Sojuz zurück zur Erde geholt wurden.

Das läuft dann immer so ab, dass das gesamte Team sich in einem Besprechungsraum trifft und die Videos der Daten anschaut. Wir haben dabei einiges an sehr schöner Kristallisation der Mikroteilchen im Plasma beobachten können, und auch die Durchdringung einer Wolke von Teilchen von anderen, neu eingeschüttelten.

Blasen, wie sie auf der Erde unter Einwirkung von Thermophorese entstehen (und die unter anderem Teil meiner Doktorarbeit sind), konnten wir allerdings leider wieder nicht sehen; die Teilchen wurden durch den angelegten Temperaturunterschied einfach zur Seite gedrückt. Natürlich ist auch das Nicht-Auftreten eines Effekts ein Ergebnis (wenn auch kein sehr befriedigendes):  (weiter)

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11. Juni 2008, 09:14

Von meinem Lieblingsvortrag (über Star Trek Schilde) am Tag 2 habe ich ja bereits berichtet. Hier möchte ich einige andere meiner persönlichen Highlights vom zweiten Tag der Konferenz über Plasmaphysik der Europäischen Physikalischen Gesellschaft berichten. Morgens habe ich einen der Plenarvorträge besucht, über "Tanzende Ionen nahe dem absoluten Nullpunkt" von Thomas Killian von der Rice University in Houston.

Mit dem absoluten Nullpunkt ist der Temperaturnullpunkt gemeint, 0 Kelvin, oder etwa -273 Grad Celsius. Die Gruppe von Killian kühlt Atome mittels eines genau abgestimmten Lasers auf Temperaturen im mK-Bereich. Diese Kühlmethode gab in den 90ern einen Nobelpreis, sie nutzt aus, dass die Photonen des Lasers einen Impuls übertragen und die Bewegung von Atomen damit, wenn sie von beiden Seiten angestrahlt werden, dämpfen können.

Zusätzlich zu diesem Kühllaser werden die Atome in Killians Aufbau noch mit einem Anregungslaser bestrahlt, dessen Energie genau abgestimmt ist, so dass Elektronen aus den Hüllen der Atome gehoben und auch noch deren Energie genau bestimmt werden kann. Somit werden die Atome ionisiert und ein Plasma erzeugt.

Dieses System zeigt einige "klassische" Plasmaphysik wie normale, schwach gebundene Plasmen, z.B. dehnt es sich aus. Andererseits zeigt es aber auch stark gekoppelte Phänomene, der Kopplungsparameter (das Verhältnis von Coulombenergie zu thermischer Energie) ist größer als 1, allerdings nur wenig, so dass das System am ehesten als flüssig zu bezeichnen ist.  (weiter)

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10. Juni 2008, 14:37

Obwohl auf der EPS Konferenz heute (Tag 2) parallel Vorträge über mein eigenes Fachgebiet stattfanden, konnte ich als alter Star Trek-Fan heute einem anderen Vortrag einfach nicht widerstehen: Ruth Bamford berichtete von "Star Trek Plasma-Schilden".

Die Erde wird bekanntlich von ihrem Magnetfeld vor der Teilchen-Strahlung von der Sonne geschützt. Auch die heutigen Weltraumflüge verlassen dieses geschützte Gebiet innerhalb der Magnetosphäre nicht. Anders die Apollo-Flüge: Die Astronauten in den 60ern und 70ern hatten unheimliches Glück, dass während ihrer Flüge zum Mond kein Ausbruch der Sonne erfolgte. Es gab zwischen den Flügen mehrere sogenannte solare Protonenvorfälle (solar proton event, ich weiß den genauen Fachausdruck auf Deutsch nicht), bei denen Protonen aus der Sonne durch Flares oder ähnliches zu sehr hohen Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Mehrmals wurde dabei eine Dosis erreicht, die starke Strahlungsvergiftung bei den Astronauten verursacht hätte, gerade allein im Weltraum sicherlich kein Vergnügen.

Ein solcher Ausbruch, zwischen Apollo 16 und 17, wäre sogar für alle Astronauten tödlich gewesen, hätte er sie erwischt.

Bei einem Flug zum Mars und zurück, der 18 Monate dauern kann, ist die Wahrscheinlichkeit eines solchen Ausbruchs sehr sehr hoch. Es muss also eine neue Technologie entwickelt werden, die die Astronauten schützen kann.
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10. Juni 2008, 14:11

Die größte europäische Konferenz über Plasmaphysik, die Konferenz der Europäischen Physikalischen Gesellschaft, findet momentan in Hersonisos auf Kreta statt, ein kleiner Ort, der nicht viele Ablenkungen außer dem Strand hat. ;)

Diese Konferenz ist so groß, dass viele gleichzeitig stattfindende Vorträge nötig sind, nur wenige Plenarvorträge für alle finden statt. Ich bin natürlich am meisten an dem Teil über Tieftemperatur-Plasmen interessiert, die meisten Vorträge handeln allerdings von Fusionsplasmen.

Am ersten Tag sprach zuerst Liu Chen über Alfvén-Wellen in Plasmen, das sind Wellen, die in magnetisierten Plasmen entstehen. Von diesem Vortrag hatte ich mir eigentlich viel versprochen, da es sich um den Vortrag zu einer Preisleihung handelte, war aber ein wenig enttäuscht, da viel Vorwissen nötig war.

Als nächstes besuchte ich die beiden Plenarvorträge für den Tag. Besonders interessiert war ich natürlich an dem Vortrag von Prof. Piel von der Universität Kiel, der einen Überblick über das Gebiet der Komplexen Plasmen gab. Ich fand diesen Vortrag sehr gelungen, auch besser verständlich als viele der anderen Plenarvorträge, die ja nicht nur für die absoluten Experten gedacht sind. Allerdings ist es schwierig, sich mein Fachwissen "wegzudenken" und zu versuchen zu überlegen, wie dieser Vortrag z.B. auf einen Fusions-Plasmen-Physiker gewirkt hat. (weiter)

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23. Mai 2008, 11:50

Das Thema des dritten Tags der ICPDP waren Plasmakristalle, das heißt die kristalline Phase eines Komplexen Plasmas. A. Gavrikov aus Moskau (der Doktorand des eigentlich angekündigten O. Petrov und damit einer der wenigen jungen Vortragenden) berichtete von dem Verhalten der Mikroteilchen unter dem Einfluss von externen Feldern, Strahlung und Teilchenstrahlen. Er stellte einige Versuche zu Komplexen Plasmen in Magnetfeldern vor (Rotation der Teilchenwolke). Wird das System mit einem starken Laser beleuchtet, kann der Fluss der Teilchen beobachtet werden. Mit Hilfe eines Elektronenstrahls können sehr hohe Ladungen erreicht werden.

Als nächstes sprach D. Block von der Universität Kiel von der Struktur und Dynamik einer "endlichen" (nur wenige Teilchen) dreidimensionalen Teilchenwolke, die Ähnlichkeiten mit Ionenkristallen aufweist. Interessant war hierbei auch die vorgestellte Analysemethode: es wird ein Hologramm mithilfe einer Kamera aufgenommen, das dann numerisch ausgewertet wird und es erlaubt, die dreidimensionalen Positionen aller Teilchen simulan aufzunehmen. Es wurden nur Daten von einer sehr kleinen Wolke vorgestellt, es wäre interessant zu sehen, ob diese Methode auch für übliche Cluster verwendbar ist.

V. Nosenko aus unserer Gruppe stellte seine Experimente zu Dislokationen in Plasmakristallen vor, deren Wachstum auf dem kinetischen (Teilchen-) Level beobachtet wurden. Dabei untersuchte er eine Lage Mikroteilchen bei sehr niedrigem Druck, die durch das Magnetfeld der Erde langsam rotierte.

M. Rubin-Zuzic, ebenfalls aus Garching, sprach danach über Versuche, in denen die Wechselwirkung von verschiedenen Teilchengrößen untersucht wurde. Dabei wurden auf der Raumstation Teilchen in eine schon vorhandene Wolke eingestreut und bildeten dabei Gassen aus. Die Analyse solcher Versuche ist schwierig, da man in den Bildern kaum die eine Teilchengröße von der anderen unterscheiden konnte. In den hier vorgestellten Experimenten wurde dafür ein Gabor-Filter verwendet.

Der nächste Vortrag, von I. Kourakis, handelte von lokalen Anregungen in Komplexen Plasmen und den Wellen, die in diesen Systemen angeregt werden können. Dabei wurden auch Solitons theoretisch untersucht, ein Thema, das zufällig genau zu der experimentellen Arbeit von meinem Kollegen Ralf Heidemann passt, wie in dem Vortrag auch betont wurde. Natürlich zur Freude beider Seiten, denn Theoretiker freuen sich natürlich genauso wie die Experimentalphysiker, wenn das passende Experiment und Theorie sich "finden".

Schließlich sprach noch R. Bingham über Staub im Universum. Der Staub wurde von den ersten Supernovae produziert, was man an staubigen, sehr weit entfernten Galaxien sieht. Der interplanetare und -stellare Staub wird dabei von Kosmischer Strahlung ionisiert. Er kann mithilfe des kosmischen Mikrowellenhintergrunds und seiner thermischen Emission untersucht werden.

Nachmittags fand der Konferenz-Ausflug statt, bei dem wir zu mehreren vulkanisch aktiven Orten gefahren sind, an dem kochendes Wasser aus dem Boden tritt und spektakulär dampft. Außerdem haben wir zwei Seen und eine Tee-Fabrik besucht.

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