Podcasts about magnetfeldes

Mon, 05 Aug 2024 03:30:00 +0000 https://keplersternwarte.podigee.io/17-new-episode f18ff2759c6abae7c2bb899b3e46824c … Wir sind ein WissPod-Podcast! In der 2. Sommerfolge geht's wieder um die Forschung zum Weltraumwetter und den tollen Vortrag von Manuela Stadlober-Temmer am 5. KTT. Zuvor gibt's aber in den Space News Neuigkeiten zu Dunkler Materie, und danach beantworten wir drei Fragen, die wir zum Thema Sonne bekommen haben. KTT-Insights: Das Weltraumwetter und die Sonne (Manuela Temmer) Wir haben jetzt einige Beobachtungen des solaren Magnetfeldes an einzelnen Punkten im Sonnensystem. Was ist mit dem Rest? Modelle sind da sehr wichtig und „hot topic“, um die Beobachtungslücken zu füllen. Sonnenwinde können mehrere Millionen km/h haben! In welche Richtung gehen die Ausbrüche, die man im Coronographen sieht? Zu uns, von uns weg, seitlich? Nicht so einfach festzustellen! Die schnellsten CMEs erreichen die Erde in weniger als 24h. Gute Beobachtungsdaten sind wichtig! Wenn man Betreiber von Stromnetzen, Satelliten usw. eine Weltraumwetterwarnung gibt, dass uns ein starker Sonnensturm treffen könnte, dann müssen diese Daten auch verlässlich sein. Die meisten Magnetfeldlinien auf der Sonne sind geschlossen und gehen schleifenförmig zur Sonne zurück; über offene Magnetfeldlinien können aber Plasmateilchen in den interplanetaren Raum hinausgeschleudert werden. Besonders interessant sind auch koronale Löcher, die sich über eher inaktiven Gebieten bilden und die ein sehr schnelles Hinausströmen der Sonnenausbrüche erlauben. Das Verstehen des Magnetfelds der Sonne (speziell die z-Komponente, also die in unsere Richtung) ist so etwas wie der heilige Gral der Sonnenwindforschung; verschiedene Orientierungen haben hier verschiedene Effekte auf das Erdmagnetfeld und damit auf die Erde. Was gibts alles bei Sonnenausbrüchen? • Erzeugt werden sie durch magnetische Kurzschlüsse auf der Sonne, die dadurch auftreten, dass der Äquator der Sonne schneller rotiert als die Polgebiete, wodurch die Magnetfelder durcheinander kommen • die CMEs • SEP (klingt sehr österreichisch, aber nicht Sepp aka Josef, sondern „Solar Energetic Particles“, entstehen ähnlich wie die Teilchen der Erdionosphäre, die Polarlichter erzeugen, bei Flares, und haben Geschwindigkeiten von bis zu einigen % der Lichtgeschwindigkeit (können die Erde in ½ h erreichen!). Tauchen als „Schneegestöber“ in den Aufnahmen auf. • Flares • Koronale Wellen • kurzzeitige Verdunkelung der Corona Kombinationen von Beobachtung und Modellen werden verwendet, um die magnetohydrodynamischen Prozesse zu verstehen. → wird für die Voraussagen verwendet. Ähnlich einem Gewehrschuss gibt es einen Trigger, einen Treiber und eine Schockwelle: Schuss (magnetischer Kurzschluss), Patrone (CME), Schallwelle (magnetische Schockwelle, die sich mit einer speziellen Geschwindigkeit („magnetosonic speed“) ausbreitet, viel schneller als der CME selbst). CMEs wechselwirken auch untereinander, was alles furchtbar kompliziert macht: schnelle Teilchenströme werden durch langsamere zusammengepresst, SIRs bilden sich (stream interface regions). Wenn CIRs (induzierte Ströme im Erdkörper) und CMEs miteinander interagieren, können sogenannte Ringladungen in niederen Breiten um die Erde auftreten → weit südlich auftretende rote Polarlichter! Es können sich auch infolge der SIRs magnetische Jets in der Erdmagnetosphäre bilden, die Richtung Erdboden gehen und dort wiederum Polarlichter usw. erzeugen können. Aktuelle interdisziplinäre Forschung zwischen Sonnenphysikern und Erd-Magnetosphärenforschern. Die Effekte starker Sonnenstürme können eine beträchtliche Ausdehnung der Thermosphäre bewirken, die damit stärker in Satellitenbahnen hineinreicht und diese abbremsen kann. Feb 2022: starlink event: 40 Starlink-Satelliten gingen verloren, Sonnensturm war mitverursachend. ESA space safety program: https://swe.ssa.esa.int/ionospheric-weather: Registrieren und everyone can Daten über die Ionosphäre erhalten. Realtime! Uni Graz/TU Graz: SODA (Satellite Orbit DecAy): prognostiziert den Höhenverlust von Satelliten in bestimmten Höhen aufgrund von Sonnenwinden. Vorhersage: zwischen Bz min am L1 und dem max. Höhenverlust eines Satelliten liegen ca. 15-20h, die für die Berechnung des Höhenverlusts verwendet werden. Wie weit sind wir in der Space Weather Vorhersage? Bei den Vorgängen an sich gut, beim Zeitpunkt um die 2 Tage daneben → noch kein Produkt, dass man der Industrie anbieten kann. → wir brauchen mehr Forschung, wieder einmal. Wir sind gerade (2024) im Maximum des aktuellen Sonnenzyklus, doch gerade in der 2. Hälfte des Zyklus sind die stärksten Ausbrüche zu erwarten. Sonnenforschung ist höchst aktuell! Und nicht zuletzt in Graz kann man sehr konkret in diese Richtung auch forschen (Uni, TU, Joanneum Research, IWF) Nächste Folge: Wir antworten auf eure Fragen – WaF: Sommersternhimmel, Satellitenbahnen, Mondkern und Flüge durch Gasplaneten! Schön, dass du uns zuhörst! Wir freuen uns sehr über eine gute Bewertung und (wo möglich) über einen freundlichen Kommentar! Weiteres Material zu den Themen unserer Folgen findest du auf unserer Website. Kommentare, Fragen und Themenwünsche kannst du uns auch gerne via Email senden, an: keplersternwarte@gmail.com. Oder folge und kontaktiere uns auf unseren Social-Media-Auftritten auf Facebook, Instagram, Threads oder Bluesky. Seit kurzem sind wir auch auf Youtube zu hören, und du kannst uns natürlich auch dort gerne folgen, bewerten, deine Kommentare und Fragen stellen und uns kontaktieren. Derzeit müssen wir als Astronomiekurs fast alle Kosten des Podcasts selbst tragen (an dieser Stelle DANKE an die IMST Kleinprojektförderung für die Unterstützung bei den Hostingkosten!) tragen – wenn dir unsere Arbeit gefällt, freuen wir uns über eine kleine finanzielle Anerkennung via Paypal. full no Norbert Steinkellner und die Schüler:innen des Mehrschulenkurses Astronomie

Was uns immer wieder im Tierreich flasht, ist, wie unterschiedlich verschiedene Lebewesen ein und dieselbe Welt wahrnehmen. Wir Menschen sehen, riechen und fühlen die Spektren, die unsere Sinne registrieren können. Sie definieren, wie die Welt für uns klingt, riecht und aussieht, und es fühlt sich so an, als wäre das alles, was es an Eindrücken zu entdecken gibt. Aber, ihr ahnt es schon: Weit gefehlt! Tiere, die anders hören und sehen als wir, haben wir ja schon kennen gelernt – sie hören beispielsweise Infraschall und sehen Lichtfrequenzen, die für uns gar nicht sichtbar sind. Einige Tiere haben aber sogar ganz andere Sinnesorgane als Nasen, Augen und Ohren und nehmen komplett andere Dinge war. Einige Fische und sogar der Maulwurf können zum Beispiel unter der Erde oder im trüben Schlamm elektrische Felder und elektrische Impulse der Muskulatur ihrer Beutetiere wahrnehmen. Es gibt Schnurrhaare und Antennen, die die Lage im Raum messen. Skorpione fühlen mit ihrem Kammorgan Erschütterungen. Fische fühlen Druckwellen im Wasser über ihr Seitenlinienorgan. Meeresschildkröten und Vögel können Magnetfelder wahrnehmen und entlang des Magnetfeldes der Erde navigieren. Also, mal wieder die verrücktesten Sachen. Schwer vorstellbar, wie es sich in so einer anderen Wahrnehmungswelt lebt. Alles in allem eine sinneserweiternde Folge! Weiterführende Links: Internationale Weichtierwahl 2024: https://moty2024.senckenberg.science/de/?token=CQEERJQPAY Studie zu springenden Zitteraalen (mit Abbildungen): https://news.vanderbilt.edu/2017/09/14/biologist-reaches-into-electric-eel-tank-comes-out-with-equation-to-measure-shocks/ Humboldts Bericht und heutige Forschung zu Zitteraalen: https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.1604009113 Mauseroboter mit Vibrissen: https://phys.org/news/2012-01-shrew-whiskers-ground-breaking-robot.html Kammorgan bei Skorpionen: https://www.biologie-seite.de/Biologie/Kammorgan Insektenfühler als Sensoren: https://www.deutschlandfunk.de/insektenfuehler-als-sensoren-sich-die-natur-zunutze-machen-100.html Hosted on Acast. See acast.com/privacy for more information.

Es gibt konkrete Pläne, den Mars für uns Menschen bewohnbar zu machen! Und zwar mit der Hilfe eines künstlichen Magnetfeldes. Denn so könnte das Leben auf dem Roten Planeten vor der schädlichen kosmischen Strahlung geschützt werden. Ein britisches Forschungsteam hat genau dafür jetzt einen Plan vorgelegt. Und der ist ziemlich ausgeklügelt.

Das Magnetfeld der Erde wird immer schwächer, darüber sind Forschende sich einig. Ob nun eine Umpolung droht, die in der Vergangenheit drastische Konsequenzen für das irdische Leben hatte, stand lange auf der Kippe. Fest steht - mit dem Kollaps des Magnetfeldes verliert die Erde ihr stärkstes Schutzschild gegen kosmische Strahlungen und mörderische Sonnenstürme. Möglich, dass sogar unsere Vorfahren, die Neandertaler, so einem galaktischen Bombardement zum Opfer gefallen sind. Klar ist jedenfalls - ohne Magnetfeld würde es zu einem massiven klimatischen Umbruch kommen. Eine Umpolung steht meist am Ende dieses Prozesses, der - wie Forschende nun erleichtert feststellen konnten - meist mehrere tausend Jahre dauert. Befinden wir uns also tatsächlich auf dem Weg zur Umpolung, bleibt wenigstens noch genug Zeit zur Vorbereitung.

Diese Doktorarbeit befasst sich mit der Erzeugung von künstlichen Magnetfeldern für ultrakalte Atome in optischen Gittern mithilfe von Laser-induziertem Tunneln sowie mit der ersten experimentellen Bestimmung der Chernzahl in einem nicht-elektronischen System. Kalte Atome in optischen Gittern lassen sich experimentell sehr gut kontrollieren, was sie zu guten Modellsystemen für die Simulation von Festkörpern macht, wobei die Atome die Rolle der Elektronen übernehmen. Allerdings können Magnetfeldeffekte in diesen Systemen nicht direkt im Experiment simuliert werden, da die Atome elektrisch neutral sind, weshalb auf sie keine Lorentzkraft wirkt. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wird eine neue Methode vorgestellt künstliche Magnetfelder basierend auf Laser-induziertem Tunneln zu erzeugen um somit die Physik geladener Teilchen in realen Magnetfeldern nachzuahmen. Dabei verursachen Laserstrahlen eine periodische Modulation der einzelnen Gitterplätze, deren Phase von der Gitterposition abhängt und dadurch zu komplexen Tunnelkopplungen führt. Ein Atom, welches sich entlang einer geschlossenen Bahn in diesem System bewegt, erfährt eine Phase, die als Aharonov-Bohm-Phase eines geladenen Teilchens in einem Magnetfeld interpretiert werden kann. Das modulierte Gitter wird durch einen zeitabhängigen Hamilton-Operator beschrieben, der typischerweise durch einen effektiven zeitunabhängigen Floquet Hamilton-Operator genähert wird. Im Rahmen dieser Arbeit wird darüber hinaus die vollständige Zeitabhängigkeit innerhalb einer Modulationsperiode beschrieben und mit den experimentellen Daten verglichen. Mithilfe des Laser-induzierten Tunnelns wurden alternierende sowie gleichgerichtete Magnetfelder im Experiment erzeugt, wobei letztere eine Realisierung des Harper-Hofstadter-Modells für einen Fluss Phi=pi/2 pro Gittereinheitszelle darstellen. Durch die Verwendung eines zusätzlichen Pseudospin-Freiheitsgrades konnte zudem der Spin-Hall-Effekt in einem optischen Gitter beobachtet werden. Unter Benutzung der einzigartigen Detektions- und Manipulationstechniken eines zweidimensionalen Übergitters konnte die Stärke und Verteilung des künstlichen Magnetfeldes auf lokaler Ebene durch die Beobachtung von Zyklotronorbits experimentell bestimmt werden. Die Bandstruktur in einem periodischen Potential mit externem Magnetfeld weist interessante topologische Eigenschafen auf, die durch Chernzahlen beschrieben werden, welche beispielsweise dem Quanten-Hall-Effekt zugrunde liegen. Um topologische Bandeigenschaften mit kalten Atomen beobachten zu können, wurden die genannten experimentellen Techniken weiterentwickelt. Mit einem neuen Aufbau, der nur auf optischen Potentialen beruht, konnte erstmals die Chernzahl in einem nicht-elektronischen System bestimmt werden. Die vorgestellten experimentellen Methoden eröffnen einzigartige Möglichkeiten die Eigenschaften von topologischen Materialien mit kalten Atomen in optischen Gittern zu untersuchen. Die Techniken wurden mit bosonischen Atomen implementiert, sie lassen sich allerdings ohne weiteres auch auf fermionische Systeme anwenden.

Wir untersuchen stark gekoppelte Phänomene unter Verwendung der Dualität zwischen Eich- und Gravitationstheorien. Dabei liegt ein besonderer Fokus einerseits auf Vortex Lösungen, die von einem magnetischem Feld verursacht werden, und andererseits auf zeitabhängigen Problemen in holographischen Modellen. Das wichtigste Ergebnis ist die Entdeckung eines unerwarteten Effektes in einem einfachen holografischen Modell: ein starkes nicht abelsches magnetisches Feld verursacht die Entstehung eines Grundzustandes in der Form eines dreieckigen Gitters von Vortices. Die Dualität zwischen Eich- und Gravitationstheorien ist ein mächtiges Werkzeug welches bereits verwendet wurde um stark gekoppelte Systeme vom Quark-Gluonen Plasma in Teilchenbeschleunigern bis hin zu Festkörpertheorien zu beschreiben. Die wichtigste Idee ist dabei die der Dualität: Eine stark gekoppelte Quantenfeldtheorie kann untersucht werden, indem man die Eigenschaften eines aus den Einsteinschen Feldgleichungen folgenden Gravitations-Hintergrundes bestimmt. Eine der Gravitationstheorien, die in dieser Arbeit behandelt werden, ist eine Einstein--Yang--Mills Theorie in einem AdS--Schwarzschild Hintergrund mit SU(2)-Eichsymmetrie. Der Ansatz für das Eichfeld ist so gewählt, dass die zugehörige Quantenfeldtheorie einem externen Magnetfeld ausgesetzt ist. Oberhalb eines kritischen Magnetfeldes wird die Konfiguration instabil und zeigt einen Phasenübergang zu einem Supraleiter. Die Instabilität wird mit zwei Ansätzen untersucht. Zum einen werden Fluktuationen des Hintergrunds betrachtet und die Quasinormalmoden analysiert. Zum anderen zeigt die numerische Analyse der Bewegungsgleichungen, dass das effektive Schrödinger-Potential mit stärker werdendem Magnetfeld sich so lange verändert, bis ein gebundener Zustand möglich wird. Der sich ergebende supraleitende Grundzustand ist durch ein dreieckiges Vortexgitter gegeben, wie eine störungstheoretische Entwicklung über einem kleinen Parameter proportional zur Größe des Kondensats zeigt. Zur Bestimmung des energetisch bevorzugten Zustands wird mithilfe der holographischen Übersetzungsvorschrift die Gesamtenergie verschiedener Lösungen berechnet. Hierfür wird die Lösung der Bewegungsgleichungen zur dritten Ordnung in oben genanntem Parameter berechnet. Zusätzlich wird gezeigt, dass dieses Ergebnis auch für den Fall einer AdS--hard wall Geometrie gilt, also einer Feldtheorie mit Confinement. Als nächstes erweitern wir das einfache Gravitationsmodell um ein chemisches Potential und wiederholen die Untersuchung. Sind das chemische Potential, das magnetische Feld oder beide groß genug, so befindet sich das System in einer supraleitenden Phase. Wir berechnen das Phasendiagramm des Systems numerisch. Der Grundzustand der supraleitenden Phase nahe dem Phasenübergang ist ein dreieckiges Vortexgitter, wobei der Gitterabstand nur von der Stärke des magnetischen Feldes abhängt. Die Relevanz dieser Ergebnisse wird im Zusammenhang mit inhomogenen Grundzuständen in holographischen Supraleitern diskutiert, einem Themengebiet welches in letzter Zeit viel Interesse auf sich gezogen hat. Die erhaltenen Resultate sind nicht nur aufgrund der vorher unbekannten inhomogenen Lösung der Gravitationstheorie mit Schwarzem Loch neuartig. Es ist auch interessant, dass ein großes magnetisches Feld die Vortexstruktur im Grundzustand induziert anstatt sie zu unterdrücken. Des Weiteren untersuchen wir zeitabhängige Phänomene in einer holographischen Erweiterung des Kondomodells. Letzteres beschreibt ein einfaches Modell in der Festkörperphysik, in welchem eine magnetische Verunreinigung stark an ein Elektronenreservoir koppelt. Die holographische Beschreibung erfordert Techniken der numerischen Relativitätstheorie und erlaubt uns die Entwicklung des Systems nach einem plötzlichen Sprung in der Kopplungskonstante zu simulieren. Diese Doktorarbeit basiert auf Ergebnissen, die der Autor während des Studiums am Max-Planck-Institut-für-Physik in München, Deutschland unter der Betreuung von PD Dr. J. K. Erdmenger von August 2011 bis Mai 2014 erreicht hat. Die relevanten Veröffentlichungen sind: [1] M. Ammon, J. Erdmenger, P. Kerner, and M. Strydom, “Black Hole Instability Induced by a Magnetic Field,” Phys.Lett. B706 (2011) 94–99, arXiv:1106.4551 [hep-th], [2] Y.-Y. Bu, J. Erdmenger, J. P. Shock, and M. Strydom, “Magnetic field induced lattice ground states from holography,” JHEP 1303 (2013) 165, arXiv:1210.6669 [hep-th].

Es wurde in dieser Studie gezeigt, dass, trotz eines hohen Magnetfeldes im Magnetresonaztomographen pathologische Hinrströme im EEG abgeleitet werden können und ein fokaler Epilepsieherd mittels Korrelation des EEGs und der funktionellen Magnetresonaztomographie (BOLD Effekt) signifikant dargestellt werden kann. Die genaue anatomische Idenifizierung des epileptogenen Herdes im fMRT bietet eine neue diagnostische Möglichkeit in der Epilepsiechirurgie.

Besonders Zytostatika-vielfachresistente Tumorzellen stellen bei der Chemotherapie ein großes Problem dar. Mit der Entwicklung der Gentherapie ergibt sich eine neue erfolgversprechende Perspektive für die Bekämpfung von malignen Tumorerkrankungen. Sehr viel versprechend ist die Entdeckung von E1A-deletierten Adenoviren, die in vielfachresistenten Tumorzellen, welche häufig den humanen Transkriptionsfaktor YB-1 im Kern enthalten, eine E1A-unabhängige adenovirale Replikation und virale Tumorzelllyse durchführen können. In der vorliegenden Arbeit sollte durch den Einsatz einer in der Gentherapie erst neuen Technologie - der Magnetofektion - eine gezielte lokoregionäre Applikation dieser onkolytischen adenoviralen Vektoren in die vielfachresisten Tumorzellen erreicht werden. Bei der Magnetofektion werden die adenoviralen Vektoren durch elektrostatische Wechselwirkungen an nanokristalline Eisenoxidpartikel gebunden und mit Hilfe eines externen magnetischen Feldes in den Zielzellen angereichert. Die Studien wurden in der Zellkultur an vielfachresistenten und nicht resistenten Tumorzellen durchgeführt. Zur Feststellung der zielgerichteten adenoviralen Infektion wurde das Reportergen LacZ eingesetzt; mit Hilfe der x-Gal Färbung konnte durch Blaufärbung der infizierten Zellen nachgewiesen werden, dass im Einflussgebiet des Magnetfeldes eine effiziente Infektion stattgefunden hat, sowohl in CAR-positiven wie auch in CAR-negativen vielfachresisten Tumorzellen. Um den Grad der adenoviralen Replikation abschätzen zu können, wurden Southern-Blot-Analysen durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass E1A-deletierte adenovirale Vektoren in den vielfachresistenten Tumorzellen eine sehr effiziente E1A-unabhängige Replikation durchführen können. Weiterhin konnte der Nachweis der adenoviralen Replikation und der darauf folgenden Tumorzelllyse anhand des Virus-assoziierten cytopathogenen Effektes in den vielfachresistenten Tumorzellen mit der Kristallviolettfärbung erbracht werden. Die adenovirale Replikation und Partikelzahlbildung in vielfachresistenten Tumorzellen konnte anhand eines Plaque-Assay bestimmt werden. Dazu wurden E1A-deletierte Adenoviren nach Infektion von resistenten und nicht resistenten Tumorzellen getrennt aus dem Einflussbereich und außerhalb des Einflussbereiches des Magnetfeldes isoliert. Es zeigte sich, dass die adenovirale Replikation/Partikelbildung im Wirkungsbereich des Magneten deutlich erhöht war. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass durch die Magnetofektion eine zielgerichtete adenovirale Infektion und eine Erhöhung der Transfereffizienz im Wirkungsbereich des Magnetfeldes erreicht werden kann. Somit können E1A-deletierte Adenoviren im Einflussgebiet des Magneten vielfachresistente Tumorzellen, die YB-1 im Kern enthalten sehr effizient infizieren und eine gezielte Tumorzelllyse durchführen.

In der vorliegenden Arbeit werden Halbleiter-Quantenpunkte untersucht, die bezüglich ihres Wachstumsprozesses, in einer dünnen Benetzungsschicht eingebettet sind. Diese Benetzungsschicht ist von zwei-dimensionalen Charakter und stellt ein Kontinuum für Quantenpunktelektronen dar. Wechselwirkungseffekte zwischen Quantenpunktelektronen und Quasi-Kontinuumselektronen sind deshalb gegenwärtig. Die Experimente basieren auf der Messung von Photolumineszenzstrahlung, ausgehend von Exzitonen (X) in Abhängigkeit von einem äußeren elektrischen und magnetischen Feld und von der Temperatur. Zu deren Untersuchung wird ein konfokales Miniaturmikroskop verwendet, das magnetfeld- und temperaturstabil arbeitet. Der optische Zugang zur Probenstruktur wird mittels Glasfasertechnik realisiert. Sämtliche Experimente werden bei der Temperatur des flüssigen Heliums (4.2 K) durchgeführt. Die Quantenpunkte lassen sich kontrolliert über das Anlegen einer äußeren Spannung mit Elektronen befüllen, als Folge eines in der Struktur erzeugten Feldeffektes. Damit stehen der Untersuchung ladungsabhängige, exzitonische Zustände im Magnetfeld zur Verfügung. Für die ersten drei Ladungszustände, die als das neutrale Exziton (X0), das einfach negativ geladene Exziton (X1−) und das zweifach negativ geladene Exziton (X2−) bezeichnet sind, werden eine Spin-Zeeman-Aufspaltung und eine diamagnetische Verschiebung der Emissionslinie im Magnetfeld beobachtet. Das dreifach negativ geladene Exziton (X3−) zeigt ein vollständig unterschiedliches Verhalten im Magnetfeld. Statt der beschriebenen magnetischen Eigenschaften der Exzitonen X0 bis X2− ist der Verlauf der Photolumineszenzstrahlung des X3−-Exzitons durch dominante Niveauabstoßung charakterisiert. Die Positionen der auftretenden Niveauabstoßungen im reziproken Magnetfeld verhalten sich äquidistant, welches ein Charakteristikum für ein zwei- oder drei-dimensionales Quantensystem ist. Die Wechselwirkung zwischen dem Quantenpunktsystem und dem zwei-dimensionalen Quantensystem (Benetzungsschicht) wird durch einen neu entdeckten Prozess vermittelt. Die Folge ist eine Hybridisierung zwischen lokalisierten Zuständen im Quantenpunkt und delokalisierten Zuständen des zwei-dimensionalen Quantensystems, die auf den beobachteten Verlauf der Photolumineszenz im Magnetfeld schließen lässt. Mittels einer Simulation nach einem theoretischen Modell lassen sich diese Effekte quantitativ bestätigen. Die auftretende Hybridisierung kann unabhängig vom Einfluss eines Magnetfeldes gleichfalls über ein elektrisches Feld aktiviert bzw. deaktiviert werden. Der Grund für eine elektrostatische Umbesetzung von Quantenpunktzuständen ist momentan nicht bekannt und ist Bestandteil der aktuellen Forschung.

Die vorliegende Arbeit berichtet ueber die ersten atomoptischen Experimente mit Atomlaserstrahlen. Die Atomlaserstrahlen werden aus Bose-Einstein-Kondensaten, die aus 87Rb- Atomen bestehen, extrahiert und propagieren ballistisch im Gravitationsfeld. Mit Hilfe von Hyperfein-Ramanuebergaengen in einem externen inhomogenen Magnetfeld wird ein Spiegel, ein Strahlteiler und ein Resonator fuer den Atomlaser realisiert. Die Oberflaeche des Spiegels ist durch eine Resonanzbedingung definiert, die von der Differenz der Frequenzen der Ramanlaser und der lokalen Magnetfeldstaerke abh¨angt. Die Reflektion findet an Flaechen konstanten Magnetfeldes statt und somit kann eine extrem glatte Spiegelflaeche realisiert werden. Die Impulsverbreiterung des Atomlaserstrahls bei der Reflektion betraegt weniger als 1/30 eines Photonenr¨uckstoßes und die Reflektivitaet des Materiewellenspiegels liegt bei ¨uber 98%. Mit dem neuen Materiewellenspiegel wird die zeitliche Kohaerenz von Atomlaserstrahlen untersucht. Durch die Retroreflektion des Atomlaserstrahls an dem Spiegel erzielt man eine Ueberlagerung des einlaufenden und des reflektierten Anteils der Welle. Die Verz¨ogerungszeit zwischen den interferierenden Anteilen haengt von der Entfernung des Beobachtungsortes zur Spiegeloberflaeche ab. Das resultierende Interferenzmuster dieser stehenden Materiewelle wird mit einem neuartigen Magnetresonanzverfahren detektiert, das eine raeumlichen Aufl¨osung von 65 nm ermoeglicht. Der gemessene Kontrast ist ein Maß fuer die Kohaerenzzeit bzw. die Energiebreite des Atomlaserstrahls. Die Messung zeigt, daß die Energiebreite des Atomlaserstrahls mit zunehmender zeitlicher Dauer der Auskopplung abnimmt und Fourier-begrenzt durch die Auskopplungsdauer ist. Außerdem setzt die Messung eine Untergrenze fuer die Phasendiffusionszeit des Bose-Einstein-Kondensats. Waehrend des Auskopplungsprozesses des Atomlaserstrahls aus dem Bose-Einstein- Kondensat streuen die Atome an dem repulsiven Potential des in der Falle verbleibenden Bose-Einstein-Kondensats. Dieser Streuvorgang wird sowohl theoretisch als auch experimentell untersucht. Um die resultierenden transversalen Strukturen im Atomlaserstrahl sichtbar zu machen, wird ein neues Verfahren zur Impulsvergroeßerung eingesetzt: der Materiewellenspiegel wird in einer Hohlspiegelkonfiguration verwendet, die den Strahl aufweitet und eine Impulsaufl¨osung von 1/100 eines Photonenr¨ucktoßes ermoeglicht. Damit tritt die theoretisch erwartete Aufspaltung des Strahls deutlich hervor. Neben den Eigenschaften der Atomlaserstrahlen wird auch die Kinetik des Wachstumsprozesses von Bose-Einstein-Kondensaten beim Durchqueren des Phasenuebergangs untersucht. DasWachstum von Bose-Einstein-Kondensaten besitzt in Bezug auf den Atomlaser die gleiche Bedeutung wie das Pumpen des Verstaerkungsmediums im optischen Laser. Fuer eine quantitative Untersuchung wird eine thermische Atomwolke oberhalb der kritischen Temperatur pr¨apariert und dann kontrolliert in das quantenentartete Regime gekuehlt. Das Wachstum des Kondensats startet nach dem Beginn des Kuehlens erst mit Verz¨ogerung, und diese Verz¨ogerungszeit wird erstmals gemessen. Fuer schwaches Kuehlen durch den Phasenuebergang beobachtet man einen zweistufigenWachstumsprozeß der Kondensatatomzahl, was moeglicherweise auf Phasenfluktuationen im Entstehungsprozeß hindeutet.