Podcasts about teilchens

Diese Kraft macht 99 % der Masse in unserem Universum aus. Doch wie funktioniert Sie und was ist mit dem anderen 1 Prozent? Als das Higgs-Boson 2012 entdeckt wurde, gab es viel Wirbel um dieses schwer fassbare Teilchen. Obwohl es so angepriesen wurde, dass es der gewöhnlichen Materie Masse verleiht, erzeugen Wechselwirkungen mit dem Higgs-Feld nur etwa 1 % der gewöhnlichen Masse. Die anderen 99 % stammen aus Phänomenen im Zusammenhang mit der starken Kernkraft, der fundamentalen Kraft, die kleinere Teilchen, die sogenannten Quarks, zu größeren Teilchen, den Protonen und Neutronen, zusammenbindet, aus denen die Kerne der Atome der gewöhnlichen Materie bestehen. Das Higgs-Feld verleiht den fundamentalen Teilchen - Elektronen, Quarks und anderen Bausteinen, die nicht in kleinere Teile zerlegt werden können - Masse. Wenn Teilchen durch das Higgs Feld durch strömen entsteht eine Art Reibung die, den Teilchen einen Teil der Masse verleiht, um es wirklich sehr sehr simple zu beschreiben. Doch diese Reibung macht nur einen winzigen Teil der Masse des Universums aus. Der Rest stammt von Protonen und Neutronen, den Grundbausteinen von Atomkernen die ihre Masse fast ausschließlich durch die starke Kernkraft erhalten. Diese Teilchen bestehen jeweils aus drei Quarks, die sich mit halsbrecherischer Geschwindigkeit bewegen und durch Gluonen, die Teilchen der starken Kraft, miteinander verbunden sind. Die Energie dieser Wechselwirkung zwischen Quarks und Gluonen ist es, die Protonen und Neutronen ihre Masse verleiht, die wieder rum die Kerne von Atomen ausmachen. "Wenn man drei Quarks zusammenbringt, um ein Proton zu erzeugen, bindet man eine enorme Energiedichte in einem kleinen Bereich des Raums" diese Energie ist laut Einstein auch die Masse des Teilchens. Abonniere jetzt die Entropy, um keine der coolen & interessanten Episoden zu verpassen! Das unterstützt mich natürlich und hilft mir meinen Content zu verbessern und zu erweitern! Hier abonnieren: https://www.youtube.com/channel/UC5dBZm6ztKizdUnN7Puz3QQ?sub_confirmation=1 ♦ MEINE NEUE WEBSITE - WISSENSCHAFT IM ÜBERBLICK: https://www.entropywse.com ♦ MERCH: https://yvolve.shop/collections/vendors?q=Entropy ♦ PATREON: https://www.patreon.com/entropy_wse ♦ TWITTER: https://twitter.com/Entropy_channel ♦ INSTAGRAM: https://www.instagram.com/roma_perezogin/ ♦ INSTAGRAM: https://www.instagram.com/entropy_channel/ ♦ DISCORD-SERVER: https://discord.gg/xGtUAaAw98 ♦ GOODNIGHT STORIES: https://open.spotify.com/show/5Mz5jx2lm7DXN3FizSigoJ

Das "Gottesteilchen" das im Jahr 2012 erstmal von der Welt der Physik entdeckt wurde, schlug Zeilen, das Higgs-Boson Teilchen wurde entdeckt und erklärte uns somit endlich wo der Masse herkam die auf meiner Wage nach zu viel Sushi zu sehen war. Dies wurde zumindest so den Medien aufgefasst. Es stimmte natürlich nicht, zwar wurde das Teilchen entdeckt das die Kraft im Higgs-Feld vermittelt doch es ist nicht für die Masse auf unserer Wage verantwortlich, sie erklärt nur warum Elektronen überhaupt erst Masse haben, doch dass Gottesteilchen ist nicht dafür verantwortlich. Internationale Nachrichtenmedien wie die New York Times und die BBC verkündeten die Entdeckung eines obskuren subatomaren Teilchens. Doch der Medienrummel um das Higgs-Boson ebbte recht schnell ab. In der Physik jedoch ging es gerade erst richtig los. Die Physiker waren sich zwar sicher, dass sie das Higgs-Boson gefunden hatten, aber sie waren sich nicht zu 100 % sicher. Die Daten waren vorläufig, und um sich ihres Erfolges völlig sicher zu sein, mussten Gegenkontrollen durchgeführt werden. In den folgenden zehn Jahren stützten viele Messungen ihre ursprüngliche Behauptung. Doch eine neue Messung, die von Wissenschaftlern durchgeführt wurde, die die im CERN-Labor aufgezeichneten Daten analysierten, könnte eine neue und andere Geschichte der Physik erzählen. Ein Higgs-Boson zerfällt auf eine sehr seltsame Art und Weisde: Ein statistischer Zufall? Oder haben wir wirklich soeben eine neue Physik beobachtet die uns bisher unbekannt war. Empfohlenes Video: https://www.youtube.com/watch?v=yNZ2byqbg1Q Abonniere jetzt die Entropy, um keine der coolen & interessanten Episoden zu verpassen! Das unterstützt mich natürlich und hilft mir meinen Content zu verbessern und zu erweitern! Hier abonnieren: https://www.youtube.com/channel/UC5dBZm6ztKizdUnN7Puz3QQ?sub_confirmation=1 ♦ MEINE NEUE WEBSITE - WISSENSCHAFT IM ÜBERBLICK: https://www.entropywse.com ♦ MERCH: https://yvolve.shop/collections/vendors?q=Entropy ♦ PATREON: https://www.patreon.com/entropy_wse ♦ TWITTER: https://twitter.com/Entropy_channel ♦ INSTAGRAM: https://www.instagram.com/roma_perezogin/ ♦ INSTAGRAM: https://www.instagram.com/entropy_channel/ ♦ DISCORD-SERVER: https://discord.gg/xGtUAaAw98 ♦ GOODNIGHT STORIES: https://open.spotify.com/show/5Mz5jx2lm7DXN3FizSigoJ

Es gibt ein Problem mit der Schwerkraft, mit dem sich niemand anfreunden kann und über das selbst Physiker selten sprechen. Nimmt man zwei beliebige Teilchen mit einer Masse - kann man die Stärke aller vier fundamentalen Kräfte zwischen ihnen berechnen. Wenn wir diese Berechnungen für die starke und die schwache Kernkraft, die elektromagnetische Kraft und die Schwerkraft durchführen, werden wir etwas entdecken, das uns vielleicht verwirrt: Die Schwerkraft ist, insbesondere bei kleinen Abständen, viel, viel schwächer als alle anderen Kräfte. Im Inneren eines Teilchens ist die Schwerkraft um mehr als 30 Größenordnungen schwächer als jede der anderen drei Grundkräfte. Warum ist das so? Das weiß zwar niemand, aber ein bemerkenswerter Vorschlag aus dem Jahr 1998 besagt, dass die Schwerkraft vielleicht deshalb so schwach ist, weil sie im Gegensatz zu den anderen Kräften bei sehr geringen Abständen in zusätzliche Dimensionen "ausläuft". Was könnte sich in diesen zusätzlichen Dimensionen verbergen, wenn es sie wirklich gibt? Empfohlenes Video: https://www.youtube.com/watch?v=fGlLAOrOKnY Abonniere jetzt die Entropy, um keine der coolen & interessanten Episoden zu verpassen! Das unterstützt mich natürlich und hilft mir meinen Content zu verbessern und zu erweitern! Hier abonnieren: https://www.youtube.com/channel/UC5dBZm6ztKizdUnN7Puz3QQ?sub_confirmation=1 ♦ PATREON: https://www.patreon.com/entropy_wse ♦ TWITTER: https://twitter.com/Entropy_channel ♦ INSTAGRAM: https://www.instagram.com/roma_perezogin/ ♦ INSTAGRAM: https://www.instagram.com/entropy_channel/ ♦ DISCORD-SERVER: https://discord.gg/xGtUAaAw98 ♦ GOODNIGHT STORIES: https://open.spotify.com/show/5Mz5jx2lm7DXN3FizSigoJ

Das unglaubliche Muon G-2 Experiment von Fermilab. Während es einige ungeklärte Phänomene gibt, die wir bis heute nicht erklären können. Waren für viele Wissenschaftler die Vorhersagen des Standardmodells absolut zuverlässig. Nun, bis auf ein paar lose Enden hier und da, einschließlich einer jahrzehntelangen Meinungsverschiedenheit zwischen Daten und Theorie in Bezug auf die magnetischen Eigenschaften eines subatomaren Teilchens namens Myon. Wissenschaftler haben zwei Jahrzehnte darauf gewartet, ob diese Diskrepanz real ist. Und nun ist das Warten endlich vorbei. Good Night Stories: Auf YouTube - https://www.youtube.com/channel/UCOGzvEVuggur7x8BxoL84-A Auf Spotify - https://open.spotify.com/show/5Mz5jx2lm7DXN3FizSigoJ Abonniere jetzt die Entropy, um keine der coolen & interessanten Episoden zu verpassen! Das unterstützt mich natürlich und hilft mir meinen Content zu verbessern und zu erweitern! Hier abonnieren: https://www.youtube.com/channel/UC5dBZm6ztKizdUnN7Puz3QQ?sub_confirmation=1 ♦ PATREON: https://www.patreon.com/entropy_wse ♦ TWITTER: https://twitter.com/Entropy_channel ♦ INSTAGRAM: https://www.instagram.com/roma_perezogin/ ♦ INSTAGRAM: https://www.instagram.com/entropy_channel/

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Vor zehn Jahren wurde ein neues Elementarteilchen aufgespürt, das sogenannte Higgs-Boson. Prof. Dr. Johannes Haller von der Universität Hamburg war an der Entdeckung beteiligt. Im Podcast „Wissenswelle“ erklärt er ihre Bedeutung – und was ihn motiviert, weiter nach unbekannten Teilchen zu suchen. So etwas wie das Higgs-Teilchen musste es einfach geben. Das wussten Forschende seit der Mitte des 20. Jahrhunderts, denn ohne dieses Teilchen ergab das sogenannte Standardmodell der Physik keinen Sinn – das Modell also, mit dem Teilchenphysikerinnen und –physiker den Aufbau der Materie erklären und die Wechselwirkungen zwischen ihren kleinsten Bausteinen, den sogenannten Elementarteilchen. Erst der leistungsfähigste Beschleuniger der Welt, der Large Hadron Collider (LHC) am Zentrum für Teilchenphysik CERN bei Genf, ermöglichte 2012 den experimentellen Nachweis des theoretisch vorhergesagten Teilchens. „Damit sind jedoch längst nicht alle Geheimnisse um den Aufbau der Materie gelüftet“, erklärt Prof. Dr. Johannes Haller. Denn zum einen sind noch nicht alle Eigenschaften des Higgs-Bosons genau verstanden. „Zum anderen wissen wir heute, dass etwa 95 Prozent der Materie im Weltraum aus bislang unbekannter Materie besteht. Künftige Experimente bringen möglicherweise weitere, bisher unbekannte Teilchen ans Licht und erlauben dadurch vielleicht Rückschlüsse über die Eigenschaften der Dunklen Materie oder der Dunklen Energie.“

Vor zehn Jahren ist das sogenannte Higgs-Teilchen gefunden worden: Eine Entdeckung, die nicht nur in der Teilchenphysik bejubelt wurde. Wie hilft das Teilchen, besser zu verstehen, wie das Universum aufgebaut ist? >> Artikel zum Nachlesen: https://detektor.fm/wissen/forschungsquartett-higgs-teilchen

Vor zehn Jahren ist das sogenannte Higgs-Teilchen gefunden worden: Eine Entdeckung, die nicht nur in der Teilchenphysik bejubelt wurde. Wie hilft das Teilchen, besser zu verstehen, wie das Universum aufgebaut ist? >> Artikel zum Nachlesen: https://detektor.fm/wissen/forschungsquartett-higgs-teilchen

Vor zehn Jahren ist das sogenannte Higgs-Teilchen gefunden worden: Eine Entdeckung, die nicht nur in der Teilchenphysik bejubelt wurde. Wie hilft das Teilchen, besser zu verstehen, wie das Universum aufgebaut ist? >> Artikel zum Nachlesen: https://detektor.fm/wissen/forschungsquartett-higgs-teilchen

Diese Episode erschien bereits am 22. Mai 2022 in Textform, wir reichen hier die Audioversion nach.Der Abgrund zwischen meiner Liebe zur Mathematik und meiner kompletten, absoluten Unfähigkeit diese Auszuüben könnte tiefer nicht sein.So erschuf ich, schulpflichtig, bei der Kalkulation einfachster chemischer Formeln, bei der man im Grunde nur die kleinen Zahlen am Fuß der chemischen Elemente im Kopf addieren muss, die phantastisch-unmöglichsten Verbindungen zum kopfschüttelnden Spott des gestrengen Herrn Chemielehrer, gleichzeitig gab es nichts faszinierenderes für mich, als wenn man mir versuchte zu erklären wie man mittels einer mathematischen Berechnung namens Fouriertransformation Uropas Stimme auf dem nahezu abgeschliffenen Wachszylinder hörbar machen kann.Heute, älter, nicht schlauer, ist für mich die zweitgeilste Erfindung nach dem Schnittbrot die Möglichkeit ins Google-Suchfeld 12+14 einzugeben und augenblicklich, achtund.. sechsunddreißig angezeigt zu bekommen. Schau ich dann auf vom Notebook steht im Bücherregal prominent der sechs Zentimeter breite Buchrücken des fantastischsten Kompendiums der Mathematik ever “Mathematics: From the Birth of Numbers”, des schwedischen Kinderarztes Jan Gullberg, ein irres Werk, welches von “What’s a number?” bis zum Kolmogoroffschen Dreireihensatz das komplette Menschheitswissen über die Mathematik hält und didaktisch und ästhetisch so grandios ist, dass ich stundenlang wie ein Kind darin blättern kann, um mich einfach nur am Buchsatz zu ergötzen.Diese Faszination an der Mathematik erklärt mir der innere Küchenpsychologe mit einem heftigen Streben danach, den Dingen auf den Grund zu gehen. Ein paradoxerweise in der Schulmathematik kontraproduktives Verlangen, bestand ich meine Mathe-Abiprüfung doch nur weil ich die absolute Mindestanzahl an Punkten, die mich vom Durchfallen retten sollte, einzig und ausschließlich durch das absolvieren der Geometrieübungen erreichte. Das, weil die Geometrie an sich nur Malen nach Zahlen ist, aber man beim Lösen von Gleichungen oder gar dem Absolvieren von mathematischen Beweisen schulweise gezwungen wurde betrügerische Abkürzungen, euphemistisch “Merksätze” genannt, zu benutzen und Beweisführungen mit “Definitionen” begannen, unumstößlichen, ewig wahren gar, denen ich regelmäßig mit einem “Wirklich? Warum?” begegnete und ich so von 90 Minuten Prüfungszeit 80 mit dem durchgrübeln mathematisch-philosophischen Fragen zugebracht hätte, die, zugegeben, die alten Griechen vor zweieinhalbtausend Jahren schon alle für mich gelöst hatten.Nun, nicht alle, aber die Basics standen. Die Mathematik, ursprünglich als praktische Hilfestellung zur Bewältigung alltäglicher Probleme gefunden, war mit a2+b2=c2 im Zenit ihrer Praktischheit, wenn es darum ging, einen Baum zu fällen oder eine Pyramide zu bauen. Das reine Zählen beherrschte man schon länger, weil, was ist wichtiger als zu wissen, ob der alte Papadakis dich beim letzten Schweineschlachten wieder beschissen hat und er dir jetzt vier Scheffel Gyros schuldet - oder Du ihm, weil du das Gymnasium beim gestrengen Papadopoulos, der, der noch beim Pythagoras in die Schule gegangen war, nur mit Hilfe von Kreisemalen bestanden hattest.So einfach und praktisch war die Welt der Mathematik und ihrer handfesten Schwester, der Physik, im Grunde bis ans Ende des 19. Jahrhunderts, Zahlen waren real, Planetenumlaufbahnen waren rund, die Uhr tickte in nur eine Richtung, im ewig gleichen Takt. Was Newton im Jahr 1666, per Apfelfall auf den Kopf, über unsere Welt in Erfahrung gebracht und in Gleichungen gepackt hatte, galt augenscheinlich, und mit ein bisschen Mühe konnte das jeder verstehen und überprüfen.Dann, auf einmal, kam der Herr E. aus U. und mit diesem wurde im Jahr 1905 aus absolut auf einmal relativ und aus einer wohldefinierten Welt eine Theorie, zunächst eine spezielle und bald eine allgemeine. Diese Relativitätstheorien erklärten dem interessierten Laien wie Gelehrten nun unter anderem, dass der Apfel keineswegs auf den Kopf fällt, vorausgesetzt er ist groß und die Erde schnell genug, plus ein paar andere Umstände, die zunächst in Gedankenexperimenten theoretisch und später mit Beginn des Raumfahrzeitalters praktisch belegbar waren; Schweinezüchter, Forstarbeiter und Pyramidenmaurer weltweit jedoch waren am Ende ihres Verständnis für derlei Entrücktes und Enthobenes und sprachen weise “so what?”, bevor sie ihre Drachmen weiterzählten.Ganz anders ging es ob des Unerhörten Allem, was in der Mathematik des beginnenden 20. Jahrhunderts Rang und Namen hatte. Ein gewöhnlicher Roman über die Grenzen des menschlichen Verständnis, und das ist titelgebend im Englischen der hier besprochene von Benjamin Labatut, würde mit genau diesen Mathematikern und Physikern beginnen, aber Labatut macht das und noch sehr vieles Andere anders. “When we cease to understand the world” heißt sein Buch oder vom deutschen Verlagswesen “übersetzt”, ja, wen wunderts, “Das blinde Licht: Irrfahrten der Wissenschaft”.Statt also von bass erstaunten Wissenschaftlern zu berichten werden wir von Labatut zunächst in das düsterste Kapitel des 20. Jahrhunderts geworfen und lernen wie es über ein halbes dutzend Umwege zu Zyklon B kam, dem Gift, mit dem in deutschen KZs Millionen von Menschen umgebracht wurden. Das passiert in einer Mischung aus Kuriosität und Lakonie ohne respektlos den Opfern gegenüber zu sein. Es liest sich im Grunde wie ein dichter, gut recherchierter Artikel in einem angesehenen Magazin, stellenweise wie ein, sehr kurzer, Thomas Pynchon, man staunt und lernt über Textilfärber und Alchemisten am preußischen Hof Friedrich des I. auf der Suche nach der perfekten Farbe für dessen Armeeuniformen und landet über den Umweg der Giftgastoten des ersten Weltkrieges mit Entsetzen an den Mauern der Gaskammern von Auschwitz und weiß nun warum diese Preußisch-Blau schimmern. Innen.Labatut zeigt hier, fast bevor das Buch überhaupt beginnt, ominös und clever, in beiläufigem Storytelling, dass, wenn wir über das Unverständnis gegenüber der Welt reden, wir nicht in die hinteren Kapitel Mathematischer Enzyklopädien schauen müssen. Das liegt näher. Viel näher.Ok. Ein Geständnis. Ich lese nie Klappentexte und höre bei mich interessierenden Büchern über die ich per Rezension stolpere augenblicklich auf, diese zu lesen. Aber hier war es zu spät, ich schnappte eine entscheidende Aussage über “When we cease to understand the world” auf: Labatut bezeichnet das Buch als “non-fiction novel”, alles basiere auf tatsächlichen Begebenheiten, um die er eine bestimmte Menge Fiktion geschrieben habe. Im ersten Kapitel sei es ein lausiger Absatz gewesen, der ausgedacht sei, später wäre er großzügiger geworden. Seltsamerweise, hat mir das als Spoilernazi nicht im geringsten das Vergnügen am Buch gemindert, im Gegenteil, es war der Beginn einer Schnitzeljagd nach dem Fiktiven, bewaffnet mit Google und Wikipedia hinterfrug ich zunächst jedes mir suspekte Detail - und gab alsbald auf. Es spielte irgendwie keine Rolle. Wer das Selbstvertrauen hat, einen Roman im Graubereich zwischen Realität und Fiktion mit dem Holocaust zu beginnen und nicht auf einer deutschen Anklagebank sitzt hat mein Vertrauen.Aber nur fast. Im zweiten Kapitel schreibt ein Mann namens Schwarzschild aus den Schützengräben des ersten Weltkrieges einen Brief an Albert Einstein, so erfahren wir, in dem er diesem in winziger Handschrift eine Lösung der in seiner allgemeinen Relativitätstheorie nur aufgestellten Gleichungen präsentiert. Ein ganz ungeheuerlicher Vorgang, von dem Einstein angab, ihn nicht in seiner Lebzeit erwartet zu haben, so komplex erschien der Wissenschaft die allgemeine Theorie von der Relativität. Hah! “Fakenews” grummelnd tippte ich triumphierend den Namen Schwarzschild in www.wikipedia.de - alas! - 1:0 Labatut, stimmt alles! Schwarzschild gab es, er war ein Genie, der mit seiner Lösung die Existenz Schwarzer Löcher bewiesen hatte - und fünf Monate nach dem Absenden des Briefes an Albert Einstein an den Folgen des Einatmens von Senfgas starb. Mit dieser Tatsache macht das erste Kapitel nun noch mehr Sinn und es ist nicht der letze Loop, den Labatut hier tut (ich kann nicht anders 🙄). Der Autor, geboren 1980, ist kulturell sozialisiert wie wir alle, er kennt die Mechanismen guter Netflixserien oder cleverer Comedians, die uns mit zunächst zusammenhanglosen Details verwirren, um irgendwann wieder auf diese zurück zu kommen und uns erstaunt den Kopf zu schütteln. Er konstruiert seinen Roman um zahlreiche dieser konkreten oder abstrakten, fiktiven oder nur scheinbar fiktiven Tatsachen und Begebenheiten. Er beginnt das alles in einem Stil, der oft mehr an Reportage denn Roman denken lässt und damit unserem ergebnisorientierten, oder positiv “wissbegierigen”, modernen Leseverhalten scheinbar entgegen kommt. Doch bringt er uns immer wieder ins stolpern und träumen und er wird anders enden und wir werden den Übergang nicht gemerkt haben.Im dritten Kapitel war ich mir so sicher, Labatut erwischt zu haben. Es geht um einen Japaner mit einem in Japan eher Dutzendnamen der die mathematische Vermutung a+b=c beweisen will. Verarschen kann ich mich alleine.Das Kapitel erklärt faszinierend lebendig was für eine verflixte Frage diese unscheinbaren fünf mathematischen Symbole aufwerfen, wie sich verschiedene andere japanische Mathematiker mit genauso generischen Nachnamen damit herumgeschlagen haben und dabei dem, na klar, “Grothendieck’s Fluch” erlegen seien. “Jetzt kommen noch die deutschen Fakenamen dazu”, denkt der Rezensent, der genau dieses Kapitel im Funkloch las, no wikipedia no more, in dem es um einen fantastischen Mathematiker geht, Alexander Grothendieck, der in den Sechzigern der marottigste Star des wissenschaftlichen Feldes war; jeder wollte sein wie er oder auch nur ihn lehren hören, er hatte alle am kleinen Finger. Ein Genie welches schon im Kindesalter jahrhundertealte mathematische Probleme löste und in der Hochzeit seiner Karriere das Feld revolutionierte - um sich 1973 als nahezu kleiderloser Eremit zurückzuziehen, weil er begriff, dass seine Wissenschaft und damit seine Erfolge in dieser aber auch sowas von irrelevant für die Menschen dieser Welt seien, den ökologischen Verfall des Planeten nicht aufhielten, keine Bombe weniger gebaut noch geworfen würde, nur weil er sich in homologischer Algebra auskennt. Grothendieck verstand 99% der Mathematik - und die Welt nicht mehr.Krasse Story, Herr Labatut, gut geschmiedet. Als ich wieder Empfang hatte wurde mir meine mathematische Ignoranz von Google und Wiki erwartbar um die Ohren gehauen. Alles war grundlegend wahr, das so trivial klingende Theorem a+b=c beschäftigt Mathematiker seit Jahrzehnten, alle handelnden Personen sind real und haben in etwa die erzählte Geschichte. Die Welt der Mathematiker ist eine wahnwitzige und eine der Wahnsinnigen, wer hätte das gedacht.Aber ist das verwunderlich? Während Maurermeister Muhammad in seinem Garten Pyramiden baut und den Satz des Pythagoras beherrscht, weswegen die Dinger, unter Wasser, in Jahrtausenden noch stehen werden, schreibt der Mathematiker László Lovász Perfekte-Graphen-Sätze und muss dann zugeben, dass die nur schwach sind. Die Sätze? Die Graphen? Who knows. Wozu sind die gut? Für Strukturen, wie sie bei der Eckenfärbung auftreten. Auch in Preußisch-Blau?Muhammad tangiert solch abgehobener Unsinn nicht, nicht beim Pyramidenbau. Aber abends, wenn er sich die Tabulé abwischt und sich über die Welt Gedanken macht, kommt er unweigerlich im Jahr 1926 an.War Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie mit ihren scheinbaren Paradoxen im miteinander von Raum und Zeit für Muhammad verstehbar, trat in diesem Jahr der ambivalente Katzenliebhaber S. auf und sperrte das Objekt seiner Liebe in eine Kiste, deren Beobachtung er zunächst verbot.Einstein war aufgefallen, dass an Newtons Mechanik nicht alles rund lief und kam mit der Einbeziehung der vierten Dimension - der Zeit - der Sache so nahe, dass selbst hundert Jahre später die Theorie für die Praxis, von A wie Atombombe über G wie GPS bis zum Z auf dem Panzer im Donbass exakt tut, was sie soll. Schrödinger auf einem Kongress in München im Jahr 1926 jedoch fand ein Problem. Wenn man die Bewegungen von Atomen und deren Bestandteile berechnen will - und wer will das nicht? - funktionieren die aktuellen mathematischen Modell nicht. Ein neues muss her!“Teilchen”, so Schrödinger, “sind eigentlich Wellen!”“Und meine Pyramide im Garten ist Gott”, frevelt Muhammad in seinen Bart, “Blumen sind Tiere, Menschen sind Bücher, Schöne hässlich und Reiche arm”, rieb er sich verzweifelt die Augen und geht zu Bett.Wie Schrödinger seine Theorie auf der Bühne des Mathematikerkongress mit Gleichungen unterlegte kam ein junger Student mit Namen Heisenberg auf dieselbe und machte einen Will Smith, wischte buchstäblich Schrödingers Formeln von der Tafel und sprach, sinngemäß: “Nimm nie wieder das Wort Realität in dem Mund! Dein Modell is all b******t, man kann sich die Welt der Atome nicht vorstellen wie sie ist! Man kann sie sich gar nicht vorstellen!” (Und wurde, anders als Herr Smith, prompt rausgeworfen.)Waren es bei Newton noch Steine oder, gottlob Äpfel, die die Welt formten und bei Einstein noch greifbare Atome plus ein wenig Zeit, bei Schrödinger wenigstens noch Wellen und Teilchen, blieb bei Heisenberg nur noch Unschärfe. Nicht nur kann man Atome nicht beobachten, man kann sie noch nicht mal beschreiben, ja man solle sie sich noch nicht einmal vorstellen. Sobald man begänne, sich ein Elektron vorzustellen, dass um ein Proton kreist liege man schon falsch. Alles was man von der Welt wissen könne sind Wahrscheinlichkeiten. Erst wenn man diese messe erscheinen sie, wie von Gott geschaffen, durch die Messung selbst. Man könne sogar entscheiden, was erschaffen würde. Messe man die Eigenschaften einer Welle, so erscheine eine Welle - messe man die Eigenschaften eines Teilchens, so erscheine dieses. Wo und in welcher Geschwindigkeit dieses existiert ist dann jedoch auch wieder nicht feststellbar, man muss sich entscheiden, misst man die Masse des Teilchens, verliert man die Möglichkeit dessen Geschwindigkeit zu messen und umgekehrt. Misst man dann die Masse bekommt man jedoch keine eindeutige Zahl, zwei Kilo Kartoffeln, man bekomme eine Wahrscheinlichkeit, wie auf einem Wiener Biomarkt sind es am Ende nur drei Pfund Erdäpfel, die Hälfte wahrscheinlich schon verschimmelt!Labatut beschreibt, dass Schrödinger wie Heisenberg ob ihrer Erkentnisse hilflos verrückt geworden seien, zumindest zeitweise, und obwohl diese Episoden belegt sind, findet hier die Fiktion im Buch ihr zuhause: Schrödinger kommt der Kindschändung verdammt nahe und Heisinger trinkt Absynth, phantasiert und masturbiert. Labatut findet auch hier eine beeindruckende Sicherheit dem Leser die Krassheit der Entrückung nahezubringen, den Blick in den Abgrund, den beide Männer warfen und was das mit einem macht. Es ist geradeso düster, dass man die Konsequenz versteht, geradeso aushaltbar, dass man zurück findet zum Thema, wie die beiden Wissenschaftler zu ihrem.Das Thema ist: Muss das alles sein?Der Mensch sucht nach Sinn in der Welt, das unterscheidet ihn vom Tier. Es hält ihn bei der Stange, das kleine Menschchen, so unterlegen er körperlich auch ist, diese Suche nach dem Sinn macht ihn zum Überlebenden. Wenn Du etwas hast, wofür du lebst, bist du schneller als der Tiger der aus dem Busch springt, klüger als ein Virus, dass Du dir beim Fledermausemahl eingefangen hast und brutaler in deinem Vernichtungswillen als jeder Dodo und jedes Mammut. Du magst falsch liegen mit dem lustigen Gott mit dem Elefantenkopf, mit dem beeindruckenden Gott mit den Blitzen, mit dem eher lamen Gott, der sich an ein Holzkreuz tackern ließ, aber alle drei gaben dir die Kraft deinen Brüdern im Zweifel den Schädel einzuschlagen, wenn Sie dir den Hummus aus der Pita klauen.Dann kam die Renaissance und die Aufklärung und obwohl etwas prosaisch und abstrakt und nicht mehr ganz so funny gab sie dir ein klareres Bild von der Welt. Und Kohle! Und Fortschritt! Und etwas gegen die Pusteln nach dem Besuch im Puff! Und Speed! Und die Mutter, die sich beklagt, dass Du Sie zu selten anrufst! Dafür lohnte es sich den Giftgaskanister in die richtige Windrichtung zu öffnen. Abwurf der H-Bomb nicht unter 9000m! Ist der Virenscanner aktuell?Was passiert, ist die latente Frage, wenn wir zwei Wissenschaftler haben, Bohr und Heisenberg, die nicht nur eine Theorie entwickeln, dass alles was wir sehen inherent unwahr ist, schlimmer, nicht erkennbar und, schlimmer, diese Theorie belegen, so klar und eindeutig, dass nicht nur Einstein darob verzweifelte, schlimmer, die uns über diese Theorie sagen: “Wir betrachten die Quantenmechanik als eine geschlossene Theorie. Die ihr zugrunde liegende Mathematik und Physik sind nicht mehr veränderbar”. Ein Kopfschuss für jeden, der nach Erkenntnis sucht.Darum geht es in Benjamin Labatuts Buch “When we cease to understand the world”. “Wenn wir aufhören die Welt zu verstehen” ist dabei ein zu schwacher Titel, denn verstanden haben wir diese noch nie. Aber wir haben es versucht. Manchmal dumm, manchmal lustig, in der Rückschau oft brutal und nicht in deren oder unserem bestem Interesse. Aber was wir seit Bohr und Heisenberg tun, ist uns zu beweisen, dass wir diese nicht verstehen können werden. (Dass dieser Satz im Deutschen die grammatikalische Form “Futur II” hat, beendet die Diskussion darüber, ob die Deutschen Humor haben.)Wie und ob wir, die Menschheit, damit leben können ist die offensichtlichste Frage und dass uns Benjamin Labatut in “When we cease to understand the world” in brillanter Art und Weise darob aufrüttelt, ist dieses Buch zu lesen wert. Und mit dem Fakt, dass alle dem Wahn und der Depression verfallenen Protagonisten zumindest in der Fiktion des Buches wieder und klüger aus dieser entstiegen, will uns vielleicht etwas sagen, sage ich leise hoffnungsvoll. This is a public episode. If you would like to discuss this with other subscribers or get access to bonus episodes, visit lobundverriss.substack.com

Grotelüschen, Frankwww.deutschlandfunk.de, Forschung aktuellDirekter Link zur Audiodatei

Der Physiker Prof. Dr. Karl Jakobs erläutert den Beitrag der Universität Freiburg zur Grundlagenforschung in der Elementarteilchenphysik.

Der Physiker Prof. Dr. Karl Jakobs erläutert den Beitrag der Universität Freiburg zur Grundlagenforschung in der Elementarteilchenphysik.

Der Physiker Prof. Dr. Karl Jakobs erläutert den Beitrag der Universität Freiburg zur Grundlagenforschung in der Elementarteilchenphysik.

Der Physiker Prof. Dr. Karl Jakobs erläutert den Beitrag der Universität Freiburg zur Grundlagenforschung in der Elementarteilchenphysik.

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.

Topologische Invarianten sind von zentraler Bedeutung für die Interpretation vieler Phänomene kondensierter Materie. In dieser Arbeit wird die erste Messung einer solchen Invarianten vorgestellt. Dazu wird ein neu entwickeltes Messprotokoll mit ultrakalten bosonischen Atomen in einem eindimensionalen optischen Gitter verwendet. Außerdem wird die Messung chiraler Meissner-Ströme in einer Leitergeometrie in einem künstlichen Magnetfeld sowie die Präparation sogenannter "Resonating Valence Bond"-Zustände (RVB) in vier Gitterplätze umfassenden Plaketten präsentiert. Das Hauptmerkmal des experimentellen Aufbaus ist ein Paar orthogonaler Übergitter-Potentiale, die es ermöglichen eine Vielzahl verschiedener Systeme zu simulieren. Die Modulation des Übergitters mit einem weiteren Paar interferierender Strahlen ermöglicht zu dem die Realisierung eines künstlichen Magnetfelds. Die Zak-Phase ist eine Invariante, welche die topologischen Eigenschaften eines Energiebandes charakterisiert. Sie ist definiert als die Berry-Phase eines Teilchens bei adiabatischem Durchlaufen eines Pfades im Quasiimpulsraum durch die Brillouinzone. Ein einfaches Beispiel für ein System mit zwei verschiedenen topologischen Klassen ist eine eindimensionale Kette mit alternierender Tunnelkopplungsstärke. Im Experiment können diese Klassen durch Messung der Differenz zwischen ihren Zak-Phasen $DetaPhi_text{Zak}approxpi$ unter Verwendung von Bloch-Oszillationen und Ramsey-Interferometrie in Übergittern unterschieden werden. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Messung chiraler Meissner-Ströme von Bosonen in einer Leitergeometrie mit magnetischem Fluss, welche eines der einfachsten Modelle zur Beobachtung von Orbitaleffekten ist. Obwohl die Atome ladungsneutral sind und daher keine Lorentzkraft auf sie wirkt, kann durch eine externe Modulation im Übergitter ein künstliches Magnetfeld erzeugt werden. Die dadurch hervorgerufenen Wahrscheinlichkeitsströme auf beiden Seiten der Leiter wurden separat mit einer Projektionsmethode gemessen. Beim Ändern der Tunnelkopplung entlang der Leitersprossen wurde, in Analogie zu einem Typ-II Supraleiter, ein Übergang zwischen einer Meissner-artigen Phase mit gesättigtem maximalen chiralen Strom und einer Vortex-Phase mit abnehmendem Strom beobachtet. Dieses System mit ultrakalten Atomen kann auch als Analogon zur Spin-Bahn-Kopplung betrachtet werden. RVB-Zustände gelten als fundamental für das Verständnis von Hochtemperatursupraleitern. Der dritte Teil der Arbeit widmet sich mit der Realisierung eines Minimalbeispiels solcher Zustände auf einer Plakette bei halber Füllung. In diesem System wurden die zwei RVB-Zustände mit s- und d-Wellen-Symmetrie sowie Superpositionen der beiden Zustände präpariert. Die in dieser Arbeit vorgestellten Experimente stellen einen neuen Ansatz dar, die topologischen Eigenschaften von Bloch-Bändern in optischen Gittern zu untersuchen; sie öffnen die Türen zur Erforschung von wechselwirkenden Teilchen in niedrigdimensionalen Systemen in einem homogenen Magnetfeld sowie der Eigenschaften des Grundzustandes des Heisenberg-Modells.

In dieser Dissertation untersuchen wir eine Vielzahl von Themen aus dem Bereich der Kosmologie und der Gravitation. Insbesondere behandeln wir Fragestellungen aus der Inflationstheorie, der Strukturbildung im neuzeitlichen Universum und massiver Gravitation, sowie Quantenaspekte schwarzer Löcher und Eigenschaften bestimmter skalare Theorien bei sehr hohen Energien. Im sogenannten "New Higgs Inflation"-Modell spielt das Higgs-Boson die Rolle des Inflaton-Felds. Das Modell ist kompatibel mit Messungen der Higgs-Masse, weil das Higgs-Boson nichtminimal an den Einstein-Tensor gekoppelt wird. Wir untersuchen das Modell in Hinblick auf die kürzlich veröffentlichten Resultate der BICEP2- und Planck-Experimente und finden eine hervorragende Übereinstimmung mit den gemessenen Daten. Desweiteren zeigen wir auf, dass die scheinbaren Widersprüche zwischen Planck- und BICEP2-Daten dank eines negativ laufenden Spektralindex verschwinden. Wir untersuchen außerdem die Unitaritätseigenschaften der Theorie und räsonieren, dass es während der gesamten Entwicklung des Universums nicht zu Unitaritätsverletzung kommt. Während der Dauer der inflationären Phase sind Kopplungen in den Higgs-Higgs und Higgs-Graviton-Sektoren durch eine großen feldabhängige Skala unterdrückt. Die W- und Z-Bosonen hingegen entkoppeln aufgrund ihrer sehr großen Masse. Wir zeigen eine Möglichkeit auf, die es erlaubt die Eichbosonen als Teil der Niederenergietheorie zu behalten. Dies wird erreicht durch eine gravitationsabhängige nichtminimale Kopplung des Higgs-Felds an die Eichbosonen. Im nächsten Abschnitt konzentrieren wir uns auf das neuzeitliche Universum. Wir untersuchen den sogenannten sphärischen Kollaps in Modellen gekoppelter dunkler Energie. Insbesondere leiten wir eine Formulierung des sphärischen Kollaps her, die auf den nichtlinearen Navier-Stokes-Gleichungen basiert. Im Gegensatz zu bekannten Beispielen aus der Literatur fließen alle wichtigen Fifth-Force Effekte in die Entwicklung ein. Wir zeigen, dass unsere Methode einfachen Einblick in viele Subtilitäten erlaubt, die auftreten wenn die dunkle Energie als inhomogen angenommen wird. Es folgt eine Einleitung in die Theorien von massiven Spin-2 Teilchen. Hier erklären wir die Schwierigkeiten der Formulierung einer nichtlinearen, wechselwirkenden Theorie. Wir betrachten das bekannte Problem des Boulware-Deser-Geists und zeigen zwei Wege auf, dieses No-Go-Theorem zu vermeiden. Insbesondere konstruieren wir die eindeutige Theorie eines wechselwirkenden massiven Spin-2 Teilchens, die auf kubischer Ordnung trunkiert werden kann, ohne dass sie zu Geist-Instabilitäten führt. Der zweite Teil dieser Arbeit widmet sich bekannten Problemen der Physik schwarzer Löcher. Hier liegt unser Fokus auf der Idee, das schwarze Löcher als Bose-Kondensate von Gravitonen aufgefasst werden können. Abweichungen von semiklassischem Verhalten sind Resultat von starken Quanteneffekten die aufgrund einer kollektiven starken Kopplung auftreten. Diese starke Kopplung führt in bekannten Systemen zu einem Quantenphasenübergang oder einer Bifurkation. Die quantenmechanischen Effekte könnten der Schlüssel zur Auflösung lang existierender Probleme in der Physik schwarzer Löcher sein. Dies umschließt zum Beispiel das Informationsparadox und das ``No-Hair''-Theorem. Außerdem könnten sie wertvolle Einblicke in die Vermutung liefern, dass schwarze Löcher die Systeme sind, die Informationen am schnellsten verschlüsseln. Als Modell für ein schwarzes Loch studieren wir ein System von ultrakalten Bosonen auf einem Ring. Dieses System ist bekannt als eines, dass einen Quantenkritischen Punkt besitzt. Wir demonstrieren, dass am kritischen Punkt Quanteneffekte sogar für sehr große Besetzungszahlen wichtig sein können. Hierzu definieren wir die Fluktuationsverschränkung, die angibt, wie sehr verschiedene Impulsmoden miteinander verschränkt sind. Die Fluktuationsverschränkung ist maximal am kritischen Punkt und ist dominiert von sehr langwelligen Fluktuationen. Wir finden daher Resultate die unabhängig von der Physik im ultravioletten sind. Im weiteren Verlauf besprechen wir die Informationsverarbeitung von schwarzen Löchern. Insbesondere das Zusammenspiel von Quantenkritikalität und Instabilität kann für ein sehr schnelles Wachstum von Ein-Teilchen-Verschränkung sorgen. Dementsprechend zeigen wir, dass die sogenannte "Quantum Break Time'', welche angibt wie schnell sich die exakte Zeitentwicklung von der semiklassischen entfernt, wie log(N) wächst. Hier beschreibt N die Anzahl der Konstituenten. Im Falle eines Gravitonkondensats gibt N ein Maß für die Entropie des schwarzen Lochs an. Dementsprechend interpretieren wir unsere Erkenntnisse als einen starken Hinweis, dass das Verschlüsseln von Informationen in schwarzen Löchern denselben Ursprung haben könnte. Das Verdampfen von schwarzen Löchern beruht in unserem Bild auf zwei Effekten. Kohärente Anregungen der tachyonischen radialen Mode führen zum Kollaps des Kondensats, während sich die inkohärente Streuung von Gravitonen für die Hawking-Strahlung verantwortlich zeigt. Hierfür konstruieren wir einen Prototyp, der einen bosonischen Freiheitsgrades mit impulsabhängigen Wechselwirkungen beschreibt. Im Schwinger-Keldysh-Formalismus untersuchen wir die Echtzeit-Evolution des Kondensats und zeigen, dass der Kollaps und die damit einhergehende Evaporation auf selbst-ähnliche Weise verläuft. In diesem Fall ist das Kondensat während des gesamten Kollapses an einem kritischen Punkt. Desweiteren zeigen wir Lösungen, die an einem instabilen Punkt leben, und daher schnelle Verschränkung erzeugen könnten. Der finale Teil der Arbeit befasst sich mit Renormierungsgruppenflüssen in skalaren Theorien mit impulsabhängigen Wechselwirkungen. Wer leiten die Flussgleichung für eine Theorie, die nur eine Funktion des kinetischen Terms enthält her. Hier zeigen wir die Existenz von Fixpunkten in einer Taylor-Entwicklung der Funktion auf. Wir diskutieren, inwiefern unsere Analyse für Einblick in allgemeinere Theorien mit Ableitungswechselwirkungen sorgen kann. Dies beinhaltet zum Beispiel Gravitation.

Komplexe Plasmen sind Systeme bestehend aus schwach ionisierten Gasen und mesoskopischen Partikeln. Partikel in einem Plasma erhalten ihre Ladung hauptsächlich durch den Fluß von Ionen und Elektronen auf denen Oberflächen. Abhängig von der Teilchengröße und den Plasmabedinungen kann die Ladung pro Teilchen mehrere tausend Elementarladungen betragen. Da das Hintergrundgas sehr dünn ist, können Partikelsysteme unabhängig von dem Plasma betrachtet werden. In vielen Fällen kann das Partikelwechselwirkungspotential als Yukawapotential angenähert werden, welches im Wesentlichen ein abgeschirmtes Coulombpotential ist. Kapitel 1 ist eine kurze Einleitung in die theoretischen Konzepte komplexer Plasmen. Aufgrund der Bedeutung des Mechanismus, beginne ich diese Arbeit mit der Diskussion der Teilchenladung für zwei verschiedene Situationen in Kapitel 2. Zunächst beschreibe ich ein einzigartiges Experiment, die "Coulomb-Explosion", zur Messung der Teilchenladung tief in der Plasmarandschicht. Ein Hybrid-Analyseverfahren, bestehend aus Teilchenverfolgung, MD und PIC Simulationen, wurde angewendet um die Ladung im Anfangsstadium der Explosion abzuschätzen. Dieses wird mit einer theoretische Methode zur Bestimmung der Partikelladung im Bulk-Plasma bei verschiedenen Entladungsfrequenzen ergänzt. Die Abhängigkeit der Partikelladung von der Entladungsfrequenz wird bei drei verschiedenen Drücken gezeigt. Das verwendete Modell ist hilfreich um die Veränderung der Teilchenladung in Abhänigkeit der Entladungsfrequenz abzuschätzen. Die hohe Teilchenladung und die damit verbundene abstoßende Teilchenwechselwirkung verhindern Partikelagglomeration. In Kapitel 3 stelle ich ein Experiment vor, in dem Partikelagglomeration durch selbst-angeregte Wellen induziert wird. Innerhalb der Wellen werden die Teilchen derart beschleunigt, dass das abstoßende Potential durch die erhöhte kinetische Energie überwunden werden kann. Die resultierenden Agglomerate werden mit einem "Long-Distance" Mikroskop überprüft. Im Folgenden stelle ich ein System binärer komplexer Plasmen vor. Unter bestimmten Bedingungen können monodisperse Partikel in einer Monolage eingefangen werden. Die Teilchen ordnen sich in einem Dreiecksgitter mit hexagonaler Symmetrie an. Dies ist als 2D Plasmakristall bekannt. Wenn ein sich bewegendes, einzelnes Teilchen einer anderen Spezies in das System eingeführt wird, verursacht es eine Störung des Kristallgitters. In Kapitel 4 werden die Untersuchungen der Wechselwirkung des Kristallgitters mit einem sich oberhalb des Gitters (stromaufwärts des Ionenflusses) befindlichen Teilchens diskutiert. Dieses zusätzliche Partikel erzeugt einen Mach-Kegel, da es sich mit einer Geschwindigkeit, schneller als der Schall in dem System bewegt. Das stromaufwärts befindliche Teilchen neigt dazu sich zwischen Reihen von Teilchen in dem Gitter zu bewegen, was als "Channeling-Effekt" bekannt ist. Wenn Teilchen einer Spezies eine Partikelwolke einer anderen durchdringen, bilden sowohl die durchfliessende als auch die durchflossene Teilchenwolke Kettenstrukturen ("Lanes") aus. In komplexen Plasmen ist die Wechselwirkung verschiedener Partikel immer stärker abstoßend als das geometrische Mittel der Wechselwirkung gleicher Partikel. Diese Asymmetrie in der gegenseitigen Wechselwirkung heißt "Positive nicht-Additivität". Deren Grad wird von dem nicht-Additivitäts Parameter bestimmt. In Kapitel 5 beschreibe ich zuerst die Ergebnisse von Langevin-Simulationen, um die Abhängigkeit der "Lane - Formation" von dem nicht-Additivitäts Parameters zu studieren. Weiterhin wurde die Rolle des Anfangszustands numerisch untersucht. Zusätzlich wurde eine Reihe umfassender Experimente zur "Lane - Formation" an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) durchgeführt. Die Auswertung der Experimente konzentrierte sich auf die Struktur der durchflossenen Teilchen. Der Einfluss der Partikeldichten und -größe wurden untersucht. Das Studium zweier aufeinanderfolgenden Durchdringungen offenbarte einen "Memory-Effekt" in der Kettenstruktur. Zusätzlich wurde ein Übergang von freier "Lane-Formation" zu einem, von Entmischung dominierten, Zustand des Nichtgleichgewichtsystems innerhalb einer Experimentreihe beobachtet. Schließlich stelle ich einen ergänzenden Versuch zur "Lane-Formation" in erdgebundenen Experimenten vor. Die Schwerkraft wurde hier durch thermophoretische Kräfte kompensiert. In dieser Versuchsreihe konnten die durch unregelmässige Teilchengeschwindigkeiten und Inhomgenitäten in der durchflossenen Teilchenwolke entstehenden Nachteile erfolgreich überwunden werden. Mit diesem Modell-System kann die "Lane-Formation" im Detail untersucht werden und die Ergebnisse mit denen numerischer Simulationen und denen aus Experimenten in Kolloiden verglichen werden.

Bohmsche Mechanik ist eine zur orthodoxen Quantenmechanik empirisch äquivalente Quantentheorie über Teilchen in Bewegung, d.h. über Teilchenbahnen. Da auch die Newtonsche Mechanik eine Theorie über Teilchenbahnen ist, lässt sich die Frage nach dem klassischen Limes in der Bohmschen Mechanik somit besonders einfach und klar formulieren: Wann sehen Bohmsche Bahnen wie Newtonsche Bahnen aus? Als ersten Schritt hin zu einer umfassenderen Antwort auf diese Frage zeigen wir, dass die Bohmschen Bahnen, die zu einer speziellen Klasse semiklassischer Wellenpakete gehören, in einem angemessenen Skalenlimes klassisch werden. Des weiteren werden auch die Bohmschen Bahnen von Teilchen, die an einem kurzreichweitigen Potential gestreut werden, im klassischen Sinne asymptotisch frei: Für große Zeiten werden ihre Geschwindigkeiten konstant. Wir benutzen dieses Resultat, um den Streuquerschnitt (also die Wahrscheinlichkeit, dass Teilchen in einem gegebenen Raumwinkel detektiert werden) aus grundlegenden Prinzipien abzuleiten. Insbesondere zeigen wir, dass bei mehreren gestreuten Teilchen der Kollaps der Wellenfunktion auf Grund der Detektion eines Teilchens die Detektionsstatistik der verbliebenen Teilchen nicht ändert.

Diffusive Transportprozesse auf der Nanometerskala spielen eine entscheidende Rolle für das Verständnis von kolloidalen Systemen jeglicher Art — in Anwendungen aus der Biologie sind sie gar von lebenswichtiger Bedeutung. In dieser Dissertation untersuche ich die Diffusion von Makromolekülen in verschiedenen Umgebungen anhand von drei typischen Modellszenarien. Der zentrale Teil dieser Arbeit beschäftigt sichmit der Dynamik in Suspensionen dünner Stäbchen, wobei die Stabformeine Idealisierung anisotroper, länglicher Teilchen mikroskopischerGröße darstellt. Ein vereinfachtes Modell wird ausgearbeitet, welches das Problem auf die Bewegung eines einzelnen Stäbchens in einem zweidimensionalen Parcours von punktförmigen Hindernissen reduziert. Ich untersuche dieses Modell auf zweierlei Art: Zum einen habe ich Molekulardynamik- Simulationen entwickelt, die die Brownsche Bewegung des Stäbchens über neun Größenordnungen in der Zeit berechnen. Experimentell relevante Observablen werden dabei in statistisch exzellenter Qualität erfasst, u.a. die intermediäre Streufunktion. Zum Zweiten formuliere ich eine analytische Beschreibung dieser Dynamik auf mesoskopischer Skala, basierend auf der Smoluchowski-Perrin-Gleichung der freienDiffusion. Erstmals präsentiere ich hierzu die geschlossene Lösung dieser Gleichung in zwei Dimensionen und zeige, dass man mithilfe der Messung zweier Diffusionskoeffizienten eine quantitative mesoskopische Theorie für Systeme mit Hindernissen gewinnt. Der Vergleich der Simulationen mit der Theorie ermöglicht ein fundiertes quantitatives Verständnis der Dynamik in Suspensionen von Stäbchen, gekennzeichnet durch mehrere Zeit- und Längenskalen. Ich belege, dass die effektive Theorie bis hinab zu Längenskalen von der Größe des mittleren Teilchenabstands gültig ist und untermauere die bisher nicht verlässlich gestützten skalentheoretischen Vorhersagen von Doi und Edwards. Schließlich finde und erkläre ich ein intermediäres Potenzgesetz in den Streufunktionen. Dies interpretiere ich als ein neues generisches Charakteristikumder anisotopen Dynamik von Stäbchen in ungeordneten Suspensionen mit starker gegenseitiger räumliche Einschränkung. In Ergänzung dieses Themenkomplexes beschäftigt sich der erste Teil der vorliegenden Arbeit mit dem diffusiven Transport in heterogenen Umgebungen fraktaler Geometrie—eine Fragestellung, die für dieDynamik beispielsweise in porösenMedien und in der sehr heterogen zusammengesetzten biologischen Zelle relevant ist. Im Rahmen des Lorentz-Modells bilde ich dieses Transportproblem ab auf die Diffusion eines einzelnen, isotropen Teilchens im Leerraum zwischen zufällig angeordneten harten Kugeln. Ich präsentiere umfangreiche Computersimulationen zusammen mit einer detaillierten Skalenanalyse der kritischen Dynamik in der Nähe des Perkolationsübergangs. In unmittelbarer Nähe des kritischen Punktes beobachte ich anomale Diffusion über vier Größenordnungen in der Zeit. Diese herausragende Genauigkeit ermöglicht die Darstellung der universellen dynamischen Skalenfunktion im sehr langsam konvergierenden Übergang zum anomalen Bewegungsgesetz, unter Einbeziehung universeller Korrekturen des Potenzverhaltens. Der letzte Teil der Arbeit ist der Dynamik einzelner semiflexibler Filamente gewidmet, die z.B. im Zytoskelett der Zelle essentielle mechanische Aufgaben erfüllen. Die Bewegungsgleichung eines solchen Polymers in strömenden Flüssigkeiten drücke ich durch die Dynamik der Eigenmoden aus, unter Berücksichtigung der Zwangsbedingung longitudinaler Steifigkeit. Eine darauf aufbauende Analyse der Rotation eines Polymers in Scheerströmungen beleuchtet das charakteristische Verhalten der Modenspektren. Zusammenfassend vertiefen meine Ergebnisse fundamental das Verständnis dynamischer Prozesse bei der Diffusion von Makromolekülen, mit konkreten Vorhersagen für auch experimentell messbare Größen. Besonders zu nennen ist hier die Streufunktion einer Suspension von Stäbchen, deren intermediäres Potenzverhalten ich als ein universelles Merkmal der Reptationsbewegung von Stäbchen ansehe.