14. Januar 2010, 22:10

Wenige Tage vor Weihnachten ist meine langjährige Kollegin, Beatrice Annaratone, gemeinsam mit ihrem Mann Arturo in einem Autounfall ums Leben gekommen. Beatrice war lange Mitarbeiterin an unserem Institut, bis sie dann mit ihrer Familie nach Südfrankreich gegangen, da Arturo am ITER arbeitete.

Ich habe von Beatrice viel gelernt, angefangen damit, dass sie die Kurse über Tieftemperaturplasmaphysik und die Physik Komplexer Plasmen, die ich besucht habe, gehalten hat. Aber auch privat war sie so etwas wie ein Vorbild für mich - sie hat es geschafft, ihre Karriere als Physikerin damit zu verbinden, drei wunderbare Kinder großzuziehen. Sie war die einzige Physikerin, die ich persönlich kannte, die dies erreicht hat.

Beatrice war ein sehr netter, fröhlicher Mensch, stets am Lachen und gut gelaunt und optimistisch. Ihr viel zu früher Tod und besonders dessen Umstände sind tragisch.

Da dies aber vor allem ein Physik-Blog ist, möchte ich hier über ihre Arbeit berichten. Ich suche dabei einen Artikel von ihr heraus, der mich persönlich besonders interessiert - sie hat viel publiziert, das es wert wäre, hier erwähnt zu werden. (weiter)

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19. Dezember 2009, 16:38

Wenn das Fernsehen einem einen Besuch abstattet, ist das immer aufregend. So ist es vor kurzem einigen Kollegen von mir bei uns am MPE geschehen: Es gab einen Bericht über die Arbeit zur Plasmamedizin in Nano, zu finden in der ZDF Mediathek.

Das ist doch ein guter Anlass, einmal etwas über die Plasmamedizin zu bloggen. Ich selbst komme mit diesem Thema eigentlich nur bei den Vorträgen in Berührung, die meine Kollegen bei unseren interen Klausurtagungen oder auch auf Konferenzen halten. Zu sehen sind dann immer grausam wirkende Fleischwunden, die wegen Bakterienbefalls lange nicht heilten, aber bei denen mithilfe Plasmabestrahlung im Rahmen klinischer Studien deutliche Verbesserungen erzielt wurden.

Wie genau diese Bestrahlung mit Plasma hilft, beschreiben Tetyana Nosenko und Coautoren in einem Paper, das letzten Monat im New Journal of Physics erschienen ist (T Nosenko et al 2009 New J. Phys. 11 115013).

Dass Plasmen Bakterien abtöten, ist schon recht lange bekannt, und wird zum Beispiel zur Sterilisation von medizinischen Instrumenten verwendet. Verschiedene Komponenten eines Plasmas wirken dabei zusammen: reaktive Teilchen, wie zum Beispiel freie Radikale und einige Moleküle wie Ozon und Peroxide, Ladungen, Hitze und ultraviolettes Licht schädigen die Bakterien.
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01. Dezember 2009, 13:47

Ich finde es ja immer wieder spannend, wenn Experimentalphysiker es schaffen, ein großes System im Labor sinnvoll nachzustellen. Schon bei Flugzeugmodellen im Windkanal bin ich beeindruckt, aber das Experiment von Shinsuke Fujioka und Mitarbeitern steigert das ganze um Größenordnungen: Hier soll die Strahlung von Akkretionsscheiben, wie sie sich zum Beispiel um Schwarze Löcher herum bilden, im Labor simuliert werden.

Wenn sogenannte Kompakte Objekte, also eben Schwarze Löcher, Neutronensterne oder Weiße Zwerge, sich in einem Doppelsternsystem mit einem anderen Stern befinden, wird häufig Material von dem Stern zu dem Kompakten Objekt gesogen. Dieses Gas fällt dann in Spiralen auf das Schwarze Loch zu und bildet dabei eine Scheibe, die sogenannte Akkretionsscheibe. Das Gas wird dann durch Röntgenstrahlung von dem Kompakten Objekt ionisiert, und es bildet sich ein heißes Plasma.

In dem Experiment von Fujioka soll eben so ein Plasma im Labor erzeugt werden. Dafür wurde eine hohle Plastikkugel mit einem Druchmesser von einem halben Millimeter mit zwölf starken Laserstrahlen beschossen und zur Implosion gebracht. Das ist dasselbe Prinzip, das auch bei der Laserfusion verwendet werden soll; hier allerdings tritt keine Fusion auf, aber immerhin wird der Kern der implodierenden Kugel auf Temperaturen über 10 Millionen Grad gebracht. Dadurch entsteht ein Plasma, das im Röntgenbereich leuchtet und die Strahlung von dem Kompakten Objekt simuliert. (weiter)

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03. Oktober 2009, 00:15

Die Verleihung der Nobelpreise steht wieder an – dieses Jahr für mich besonders spannend, denn ich bereite mich im Moment sehr intensiv auf die Verteidigung meiner Doktorarbeit vor. Dabei werde ich erst einen Vortrag über „mein“ Thema halten. Dann werden erst Fragen über mein Spezialgebiet gestellt und danach über Physik im Allgemeinen. Diesen zweiten Teil der Doktorprüfung kann man schlecht vorhersagen und sich noch schlechter darauf vorbereiten. Ein Thema, das allerdings traditionell immer auftaucht, ist der Nobelpreis in Physik. (weiter)

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06. August 2009, 14:20

Man kann mithilfe von neuen Materialien schöne Dinge machen. Ferrofluide zum Beispiel sind Flüssigkeiten, in denen sich nanometer-große Kügelchen befinden, die durch ein angelegtes Magnetfeld stark polarisiert werden. Neben einer Menge technischer Anwendungen kann man mit diesen Flüssigkeiten auch wunderschöne Kunst herstellen, wie der folgende Film von Sachiko Kodama und Yasushi Miyajima zeigt.

Ein ähnliches Material, das anstelle eines Magnetfelds auf ein elektrisches Feld reagiert, ist eine elektrorheologische Flüssigkeit. Dabei befinden sich ebenfalls kleine Teilchen in einer Flüssigkeit. Wird ein elektrisches Feld angelegt, werden die Teilchen polarisiert, so dass sich ein sogenannter Dipol ausbildet—sie sind auf einer Seite positiv und auf der anderen negativ geladen. Die Teilchen richten sich dann in dem elektrischen Feld aus und bilden Ketten. Dadurch ändert sich das Fließverhalten der gesamten Flüssigkeit plötzlich—sie wird starrer. Sobald das elektrische Feld abgeschaltet wird, kehrt die Flüssigkeit in den ursprünglichen Zustand zurück. (weiter)

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22. Juli 2009, 16:41

Normale Wellen verbreitern sich im Laufe der Zeit. Solitonen sind eine Form von Wellen, die sich einzeln fortpflanzen. Die klassischen Solitonen bewegen sich dabei über eine lange Strecke mit konstanter Geschwindigkeit fort, ohne ihre Form zu verändern, was ein Resultat von einem Gleichgewicht zwischen linearen und nicht-linearen Effekten ist. Sie können einander auch durchlaufen, ohne ihre Eigenschaften zu verändern.

Diese Phänomene können zum Beispiel in Glasfasern zur Datenübertragung verwendet werden, um Daten ohne Repeater über enorme Strecken zu übertragen. Allerdings geht in diesen Systemen Energie verloren, so dass sich die Form des Solitons mit der Zeit durchaus ändert und es irgendwann auch völlig verschwunden ist. Man spricht dann von dissipativen Solitonen.

Das Gegenteil eines Solitons besteht aus einem sich fortpflanzenden Loch mit ansonsten genau denselben Eigenschaften - ein "dunkles Soliton".  

Kollegen von mir am Max-Planck-Institut haben nun ein solches dissipatives dunkles Soliton in einem unserer Komplexen Plasmen beobachtet und in dem renommierten Journal Physical Review Letters beschrieben. (weiter)

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16. Juli 2009, 00:15

Die Experimente der 11. Mission von PK-3 Plus sind abgeschlossen.

Gestern wurde das dritte Experiment durchgeführt. Wir hatten sehr lange Videozeit, die dann dazu genutzt wurde, den Kosmonauten so anzuleiten, dass die gewünschten Effekte auftreten konnten. Die Experimente zur Spurbildung sahen gut aus. Bei den anderen müssen wir auf den Rest der Videos warten; in den Logdateien, die wir bereits bekommen haben, sah es allerdings so aus, als wäre das Plasma bei einem der beiden Drücke bei "meinem" kleinen Experimentteil ausgegangen. (weiter)

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14. Juli 2009, 10:39

Eigentlich sollten die nächsten drei Experimente der aktuellen Mission von Dienstag bis Donnerstag durchgeführt werden, da das Shuttle am Montag an die ISS andocken sollte, und Gennady Padalka damit beschäftigt gewesen wäre. Jetzt wurde der Shuttle-Start ja bis mindestens Mittwoch verschoben, und die übrigen Experimente werden heute abend und morgen durchgeführt. Wir fliegen dann auch einen Tag früher als geplant zurück, falls wir am Donnerstag noch Flüge bekommen.

Das zweite Experiment dieser Mission fand schon gestern statt, nicht erst heute, wie eigentlich geplant. Es handelte sich um das einzige automatische Experiment dieser Mission, bei dem der Kosmonaut es lediglich anschalten und ausschalten muss, falls alles wie geplant läuft. Dieses Mal hat die Videoübertragung auch wieder wunderbar geklappt. Es ging wieder um Kristallisation, die teilweise mit einem zusätzlichen elektrischen Feld gestört oder verstärkt wurde. Dabei wurden horizontale Scans durchgeführt, so dass wir in einem tomographischen Verfahren die Teilchenpositionen dreidimensional auswerten können.

Auf dem Live-Video haben wir schon tolle Kristalle gesehen. Besonders interessant fand ich, dass teilweise Wellen, die durch Störungen kurzzeitig angeregt wurden, zum Rand des Systems liefen. Ich bin schon gespannt auf die Originaldaten, die wir irgendwann auf den Festplatten erhalten werden.

Außerdem haben wir gestern das fehlende Video von dem Experiment von letzter Woche bekommen, das in der Bodenstation in Sibirien aufgezeichnet worden war. In diesem Experiment waren wirklich sehr viele Teilchen in der Plasmakammer, wie gewünscht. Leider war das Video zu kurz, um viel von der Dynamik des ungestörten Systems zu sehen, es zeigte hauptsächlich den Einstreuvorgang der Teilchen. Also, auch hier bleiben wir gespannt.

Heute abend wird ein Experiment zur Phasenseparation durchgeführt, das auf einer Idee unseres Theoretikers, Alexei Ivlev, basiert. Außerdem geht wieder um Spurbildung, wenn Teilchen einer anderen Größe in eine schon vorhandene Wolke geschüttelt werden. Ein ganz kleiner Teil basiert auf einer Idee von mir, die auf die Experimente zur Blasenbildung während der letzten Missionen aufbaut. Wir werden versuchen, eine Instabilität zwischen zwei Teilchenwolken verschiedener Größen zu erzeugen. Vermutlich sehen wir diesen Teil aber ebenfalls nicht live im Video, sondern dann erst später in den Originaldaten.

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11. Juli 2009, 17:35

Das erste Experiment der 11. Mission von PK-3 Plus ist beendet. Wie schon berichtet, haben wir uns dieses Mal einen neuen Parameterbereich untersucht. Leider hat die Videoübertragung (zum ersten Mal, seit ich bei den Missionen dabei bin) nicht geklappt, da die Verbindung zu der Bodenstation in Sibirien nicht aufgebaut werden konnte. Bei solchen Problemen wird einem dann erst wieder bewusst, wie viele Zahnrädchen ineinander spielen müssen, damit alles ansonsten so reibungslos klappt.

Wir - bzw. unser russischer Kollege, Andrey Lipaev, um den wir alle im Kontrolraum herum standen, während er direkt mit dem Kosmonauten sprach - mussten also den Kosmonauten, Gennady Padalka, "blind" per Funk anleiten. Gennady Padalka hat dann beschrieben, was er beobachtet, und mit Bildern verglichen, die ihm vorher per Radiogramm geschickt worden waren, und die Effekte zeigten, von denen wir dachten, dass sie eventuell auftreten könnten.

Besonders beim ersten Teil des Experiments bei relativ niedrigen Drücken scheinen sehr interessante Effekte aufgetreten zu sein. Leider ist das Plasma dann bei höheren Drücken ausgegangen, so dass wir diese überspringen mussten. Wir haben aber auch dabei viel über diesen Parameterraum des Experiments gelernt, und auch über die Unterschiede zwischen Experimenten auf dem Boden und in der Schwerelosigkeit - denn auf dem Boden ist das Plasma bei den Testläufen nicht ausgegangen.

Wir haben dann sehr schnell die Logdateien von dem Experiment bekommen, in dem die Parameter wie gemessener Druck, Ströme, Spannungen usw. aufgezeichnet sind, und gestern abend bereits neugierig alle gemeinsam im Kontrollzentrum noch angeschaut. Falls wir Glück haben, bekommen wir nächste Woche dann auch die Videos aus Siberien und können vielleicht einige der Effekte selbst ansehen, die wir uns bisher nur mithilfe der Parameter und der Beschreibung Gennady Padalkas vorstellen konnten.

Das nächste Experiment war eigentlich wegen des Andockens des Shuttles erst für Dienstag geplant, aber da der Shuttle-Start ja verschoben wurde, werden wir nachfragen, ob und wie der Zeitplan verschoben wird.

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10. Juli 2009, 09:27

Gestern hat der aktuelle Kommandant der ISS, Gennady Padalka, das PK-3 Plus Experiment getestet, nachdem er es vorgestern schon aufgebaut hatte (die Experimenttonne wird, wenn sie nicht gebraucht wird, verstaut). Anders als bei den letzten Mission hat dieses Mal alles gut geklappt, der Druck in der Tonne stimmt, die Test-Prozeduren sind durchgelaufen.

Heute abend steht das erste Experiment der 11. Mission an. Das Experiment soll um 6:10 Uhr Moskauer Zeit beginnen - wie man auch im heutigen Zeitplan der Astro- und Kosonauten sieht:

14:10-16:00 - CDR - PLASMA CRYSTAL. Set up and Conduct the Experiment in Manual Mode Tagup with specialists (S-band + VHF)

Die Zeiten dort sind GMT, also vier Stunden vor Moskau mit Sommerzeit. CDR ist der Kosmonaut, der das Experiment durchführen wird, hier der Kommander. Wir werden wieder die ersten Minuten des Experiments live per Video verfolgen können, den Rest dann leider erst, wenn wir die Festplatten mit den Videoaufzeichnungen bekommen.

In dem heutigen Experiment geht es darum, näher an den "Kritischen Punkt" des Komplexen Plasmas zu kommen - das ist der Punkt, der die Bedingungen eines Systems beschreibt, bei dem Phasenübergänge verschwinden. Zum Beispiel bei Flüssigkeiten / Gasen bedeutet das, dass es im überkritischen Zustand keinen Unterschied in den Dichten der Phasen gibt.

Wir erwarten nicht, schon bei dem Versuch heute so einen krtischen Punkt in unserem Plasma zu beobachten - vielleicht ist der momentane Experimentaufbau auf der ISS dafür auch nicht geeignet. Allerdings hoffen wir, die Parameter genauer bestimmen zu können, um irgendwann einmal vielleicht den Punkt zu erreichen - sozusagen ein Herantasten an den kritschen Punkt.

Unsere japanische Kollegen haben theoretische Vorhersagen erstellt, von denen sie hoffen, näher an den kritischen Punkt zu kommen, und haben ebenfalls die Experimentparameter vorgeschlagen, die dann gemeinsam mit unserer Gruppe in Garching besprochen und in eine genaue Experiment-Prozedur umgeschrieben wurden. Die Japaner sind entsprechend neugierig, was wir heute abend sehen werden, genau wie wir auch, denn wir kommen mit diesem Experiment in einen Bereich, den wir bisher noch gar nicht untersucht haben.

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