Talks of the Noember lectures

 

Talks 2017

Die Vorträge der November-Vorlesungen finden dieses Jahr im neuen Hörsaalgebäude C.A.R.L. in der Claßenstraße statt!

 

Samstag 2. Dezember 2017, 11:00 - 12:30 Uhr Hörsaal H03, C.A.R.L (Claßenstraße 11)

Prof. Dr. Julien Lesgourgues (Institut für Theoretische Teilchenphysik und Kosmologie, RWTH Aachen)

 

The 2017 Nobel prize in physics: The detection of Gravity Waves
Why did it take 100 years to test Einstein’s great idea?


One century ago, Einstein suggested the existence of gravity waves, a fascinating concept deriving from his theory of General Relativity. It took half a century to really understand Einstein’s idea, and another half to build an experiment able to detect these waves. The detection occurred two years ago and was rewarded by the 2017 Nobel Prize in Physics. This paves the way to a new area of science and astronomy, since we are now able to observe new phenomena in the universe, like the merging of black holes, not with ordinary telescopes observing light, but with ‘Einstein telescopes’ observing gravity waves. During this conference, I will try to explain these theoretical concepts in simple words, without using any mathematics, and starting from the basic meaning of General Relativity and gravity waves.

Der Vortrag wird teilweise in englischer Sprache gehalten werden, wobei Fachbegriffe durch die Deutschen Begriffe motiviert werden.

 

Samstag 25. November 2017, 11:00 - 12:30 Uhr Hörsaal H03, C.A.R.L (Claßenstraße 11)

Professor Dr. Jörg Pretz (III. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen und Institut für Kernphysik Forschungszentrum Jülich)


Physik und Musik: Vom Gartenschlauch zur Posaune


Wie entstehen Töne? Warum kann man auf einem Gartenschlauch nur bestimmte Töne erzeugen? Was hat dies mit einer Posaune zu tun? Was ist eine akustische Täuschung? Antworten auf all diese Fragen erhalten die Zuhörer in diesem Vortrag. Nach dem Vortrag gibt es die die Gelegenheit, die gezeigten Experimente selbst auszuprobieren.

Die Veranstaltung wird durch ein Blechbläserensemble umrahmt.

 

Samstag 18. November 2017, 11:00 - 12:30 Uhr Hörsaal H03, C.A.R.L (Claßenstraße 11)

Professor Dr. Christoph Stampfer (II. Physikalisches Institut A, RWTH Aachen)


Phyphox: Physikexperimente mit dem Smartphone


Die meisten Smartphone-Nutzer verwenden ihr mobiles Endgerät, um Kurznachrichten zu schreiben, im Internet zu surfen oder E-Mails abzurufen. Doch die Mini-Computer können wesentlich mehr: mithilfe der standardmäßig integrierten Sensoren und der kostenlosen App „phyphox“ (Abkürzung für physical phone experiments) können Schüler, Studierende, Lehrer und Interessierte Physikexperimente selbständig durchführen und weiterentwickeln. Beispielsweise kann die App mithilfe des Beschleunigungssensors Pendelbewegungen aufzeichnen und die Rotationsbeschleunigung in einer Salatschleuder bestimmen oder mithilfe des Luftdrucksensors zeitaufgelöste Höhenunterschiede und somit die Geschwindigkeit eines Aufzugs ermitteln. Auch für die Bestimmung von Entfernungen von Objekten eignet sich die App: Der Lautsprecher des Handys sendet kurze Schallimpulse, über das Mikrofon werden die Entfernungen der Reflexionen ermittelt. Die App ist kostenlos für Android und iOS verfügbar. (Weitere Informationen finden Sie auch auf www.phybox.org) Im Vortrag wird auf das Konzept von phyphox eingegangen, der Funktionsumfang vorgestellt und insbesondere eine Reihe von Anwendungsbeispiele gezeigt.

 

Samstag 4. November 2017, 11:00 - 12:30 Uhr Hörsaal H03, C.A.R.L (Claßenstraße 11)

Professor Dr. Christopher Wiebusch (III. Physikalisches Institut, RWTH Aachen)


Neue Botschaften aus dem Weltall: Auf der Jagd nach Neutrinos am Südpol mit dem IceCube Neutrino Observatorium


Das IceCube Neutrino Observatorium am geographischen Südpol ist nicht nur einer der weltweit größten Teilchen-detektoren, sondern auch gleichzeitig eines der eigenartigsten Forschungsinstrumente der modernen Physik. Der Detektor besteht aus einem Kubikkilometer in etwa zwei Kilometer Tiefe des antarktischen Gletschereises. In der völligen Dunkelheit können Lichtblitze von extrem seltenen Neutrinoreaktionen mit Hilfe höchstsensitiver Lichtsensoren gemessen werden. Der IceCube Detektor wurde nach mehrjähriger Bauzeit im Jahr 2011 fertiggestellt und wird seither rund um die Uhr von einem internationalen Forscherteam aus 12 Ländern betrieben. Bereits nach wenigen Jahren konnten die Wissenschaftler ein erstes sensationelles Ergebnis verkünden: die Entdeckung von extrem hochenergetischen Neutrinos, die die Erde aus entfernten Regionen des Universums erreichen. Der Ursprung dieser Neutrinos konnte bisher nicht erklärt werden, die Energien übersteigen jedoch die höchsten durch Menschen am Large Hadron Collider (LHC) in Genf erzeugten Teilchenenergien um mehr als einen Faktor Tausend. Mit der neuen Möglichkeit, das Universum über Neutrinos zu untersuchen, eröffnet sich ein völlig neuartiges astronomisches Beobachtungsfenster für neue Erkenntnisse. Unter anderem könnten Neutrinos nun helfen, ein Jahrhundert altes Rätsel nach dem Ursprung der kosmischen Strahlung zu lösen. Der Vortrag gibt eine Einführung in die Physik von Neutrinos und erklärt die Messungen mit dem IceCube Detektor.

 

Talks 2016

 

Saturday 3.12.2016, 11:00-12:30, Fo2 (Kármán-Auditorium)

Prof. Dr. Fabian Hassler (Institut für Quanteninformation, RWTH Aachen)


Nobelpreis 2016: von Wirbeln und Igeln, die sich nicht kämmen lassen


Der diesjährige Nobelpreis wurde an drei theoretische Physiker vergeben, die Phasenübergänge untersucht haben, welche sich nur mit Topologie erklären lassen. Topologie ist ein Teilbereich der Mathematik, der sich mit Eigenschaften von Objekten befasst, welche sich nur sprunghaft ändern können. Die Resultate erlauben es, Supraleitung, Magnetismus und Kristallgitter in zwei Dimensionen besser zu verstehen. Ausserdem sind angelehnte Ideen mit die besten Kandidaten, um neuartige Elektronik und insbesondere Quanteninformationsverarbeitung in Zukunft zu ermöglichen. Der Vortrag versucht die relativ komplexen mathematischen Grundlagen auf denen die Erkenntnisse beruhen, auf einfache und intuitive Weise zu erklären. 

 

Saturday 26.11.2016, 11:00-12:30, Fo2 (Kármán-Auditorium)

Prof. Dr. Robert Harlander (Institut für theoretische Teilchenphysik und Kosmologie, RWTH Aachen)

 

Tatort Urknall: Schnitzeljagd im Teilchenzoo

 

Vor knapp 14 Milliarden Jahren entstand unser Universum. Wie Detektive versuchen Physikerinnen und Physiker, Beobachtungen zu einer Theorie zu kombinieren. Mit dem heutigen Wissen können sie die Entwicklung des Universums bis auf wenige Bruchteile einer Sekunde nach dem sogenannten Urknall – der Geburt des Universums – zurückverfolgen. Mit Experimenten am Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) am CERN hoffen sie, noch weiter in die Vergangenheit vorzudringen, und vielleicht eine Theorie zu entwickeln, die den Urknall selbst beschreibt. Der Vortrag gibt einen allgemein verständlichen Überblick über die fundamentalen Bausteine der Materie und welche Kräfte auf sie wirken.

 

Saturday 19.11.2016, 11:00-12:30, Fo2 (Kármán-Auditorium)

Prof. Dr. Matthias Wuttig (I. Physikalisches Institut A, RWTH Aachen)


Neue Materialien für die Informationstechnologie

Das Rätsel der Resonanzbindung

 

In den letzten 50 Jahren hat sich die Leistungsfähigkeit elektronischer Bauelemente in einer unglaublichen und historisch unvergleichlichen Geschwindigkeit verändert. Diese Entwicklung, die oft mit dem Moore’schen Gesetz beschrieben wird, hat die Entwicklung extrem leistungsfähiger Geräte, wie z.B. Smart Phones, ermöglicht, die unseren Alltag prägen und verändert haben. Allerdings ist in den letzten Jahren klar geworden, dass diese Entwicklung ihre Grenzen erreicht hat. Fortschritte in der Informationstechnologie benötigen daher neue Ansätze. Dies schließt neue Materialien genauso ein wie neuartige Architekturen. In diesem Vortrag sollen Phasenwechselmaterialien vorgestellt werden, die zu den vielversprechendsten Materialien in der Informationstechnologie gehören. Bisher wurden diese Festkörper mit empirischen Konzepten optimiert. In dem Vortrag wird diskutiert, wie ein Verständnis der Bindungsverhältnisse hilft, die Eigenschaften dieser ungewöhnlichen Materialien besser vorherzusagen und neuartige Speicher zu entwickeln. Der Vortrag schließt mit einem Ausblick auf neuartige Computer.

 

Saturday 5.11.2016, 11:00-12:30, Fo2 (Kármán-Auditorium)

Prof. Dr. Thomas Schäpers (Peter Grünberg Institut 9, Forschungszentrum Jülich und JARA-FIT Jülich-Aachen Research Alliance)

 

Nanodrähte: Die Säulen der „Nano“-Erde
Halbleiternanodrähte für zukünftige Computergenerationen

 

Für die Herstellung von Computerchips werden heutzutage extrem aufwendige Produktions-verfahren eingesetzt, welche auf einer einkristallinen Scheibe eine unglaublich hohe Anzahl von elektronischen Bauelementen definieren. Hierbei werden aus einer ursprünglich großen Struktur durch lithographische Verfahren kleinste Elementen geformt. Viel einfacher wäre es jedoch, wenn sich diese Elemente direkt bilden würden. Ein möglicher Ansatz ist das selbstorgansierte Wachstum von Nanostrukturen mit dem zum Beispiel nur wenige zehn Nanometer breite Halbleitersäulen, sogenannte Halbleiternanodrähte, hergestellt werden können. Aktuell werden derartige Nanodrähte im Hinblick auf Anwendungen in noch schnelleren und energieeffizienteren Computerchips untersucht. Auch in der Grundlagenforschung sind Halbleiternanodrähte sehr vielseitige Untersuchungsobjekte. Die winzigen Dimensionen erlauben es quantenmechanische Effekte zu studieren, die möglicherweise Anwendungen in neuartigen Computerarchitekturen finden, welche auf quantenmechanische Prinzipien beruhen.

 

Talks 2015

Die Vorträge des Jahres 2015 stehen unter dem Motto des internationalen Jahr des Lichts.

 

Samstag 28.11.2015, 11:00-12:30, Fo2 (Kármán-Auditorium)

Prof. Dr. Larissa Jushkin (Lehr- und Forschungsgebiet Experimentalphysik des Extrem-Ultraviolett)

Extrem Ultraviolett – Licht für die Nanowelt
Anwendungen der extrem ultravioletten und weichen Röntgenstrahlung in der Nanotechnologie

 

In dieser Vorlesung werden die besonderen Eigenschaften und Möglichkeiten von Strahlung im extrem ultravioletten (EUV) und weichen Röntgenbereich (1 – 50 nm Wellenlänge) vorgestellt. Diese Strahlung erlaubt die Entdeckung und das Verständnis neuer Phänomene sowie die Entwicklung neuer Technologien in der Nanotechnologie.
Das Licht in diesem Spektralbereich kombiniert die Vorteile kurzer Wellenlängen mit einer gleichzeitig starken Wechselwirkung mit Materialien. Diese Kombination ermöglicht es z.B. kontrastarme und kleine Strukturen wie Viren oder Bakterien abzubilden. Umgekehrt dient die kurze Wellenlänge dazu noch kleinere Strukturen für mikro-/nanoelektronische Bauelemente in der Halbleiterindustrie herzustellen. Um diese Bauelemente zu untersuchen, sind wiederum Mikroskope und Messverfahren mit EUV-Licht notwendig. In der Wissenschaft eröffnet die starke Wechselwirkung und die hohe Energie neue Wege um dynamische Vorgänge in magnetischen Materialien und chemischen Reaktionen im Bereich von Femtosekunden (0.000001 Nanosekunden!) zu untersuchen. Gleichzeitig setzt dieser Spektralbereich neue Grenzen in der Mikroskopie, der Defekterkennung, der Reflektometrie und der Photoemissionsspektroskopie. Die Vorlesung gibt darüber hinaus einen Ausblick auf zukünftige Einsatzfelder und die dazu notwendigen technologischen Entwicklungen.

 

Samstag 21.11.2015, 11:00-12:30, Fo2 (Kármán-Auditorium)

Prof. Dr. Julien Lesgourgues (Institut für Theoretische Teilchenphysik und Kosmologie)

 

The Light of the Big Bang (Das Licht des Urknalls) The history of the universe revealed by observations of the cosmic microwave background
( Die Entschlüsselung des Geschichte des Universums über die Messung der kosmischen Hintergrundstrahlung)

(Vortrag in englischer Sprache mit deutschen Vortragsfolien)

The scientists studying the Universe as a whole, called cosmologists, have experienced a burst of new observations and discoveries in the range of just twenty years. Now, we know several details about the history of the Universe over the past 13 billion years! How could we understand all this, from our tiny planet? The first reason is that we have observed the first light of the universe, called the cosmic microwave background. The second is that we have used this observation to measure a quantity called "the spectrum of the cosmic microwave background", which is like a fingerprint of the history and composition of the universe. I will explain these observations in simple words, and summarize the fantastic amount of information that we have extracted from them.

 

Samstag 7.11.2015, 11:00-12:30Uhr, Fo2 (Kármán-Auditorium)

Prof. Dr. Thomas Taubner, Prof. Dr. Gero von Plessen (I. Physikalisches Institut A)

 

Moderne Optik
Neue Möglichkeiten durch Materialien aus Nano-Bausteinen

 

Optische Phänomene wie die Reflexion und Brechung von Licht prägen unsere Erfahrungen mit Licht im Alltag und finden Anwendung in einfachen und aufwändigen technischen Geräten, vom Spiegel im Badezimmer bis zur Linse in der Handykamera. Die Geschichte der Optik war verbunden mit der Entwicklung immer besserer optischer Materialien, Oberflächen und Beschichtungen. In den letzten Jahrzehnten wurden neue Konzepte für ungewöhnliche, maßgeschneiderte optische Materialien entwickelt und erforscht: Durch gezieltes Einstellen der Form bekannter Materialien auf der Nanometerskala können neue optische Eigenschaften verwirklicht werden, die das Licht in ungewohnte Richtungen brechen oder es auf raffinierte Weise um einen Gegenstand herumlenken können, so dass dieser für einen Betrachter unsichtbar wird. In unserem Vortrag wollen wir einige der spannenden Möglichkeiten vorstellen, die sich durch diese neuartigen Konzepte für die moderne Optik eröffnen.

 

Talks 2014

 

Samstag 29.11.2014, 11:00-12:30 Uhr, Fo2

Prof. Dr. Thomas Hebbeker (III.Physikalisches Institut A)

 

Von Eierkochern, Dampfdrucktöpfen und Mikrowellenherden

 

Wir alle wissen wie man auf einem Herd in einem Topf Wasser kocht. Viele benutzen auch kompliziertere Geräte, angefangen bei Dampfdrucktöpfen über spezielle Eierkocher bis hin zu Mikrowellenöfen. Aber wie funktionieren die eigentlich ?
Im Vortrag werden diese Instrumente vorgestellt und die zugrundeliegende Physik mit vielen Experimenten erklärt. Auch interessante Anwendungen werden vorgeführt, zum Beispiel wie man Daten auf einer CD löschen kann.
Zu Essen gibt es allerdings nichts...

 

Samstag 22.11.2014, 11:00-12:30, Fo2

Prof. Dr. Jörg Pretz (III. Physikalisches Institut B)

 

Eine Reise in das Innere des Protons

Wie man mithilfe von Teilchenbeschleunigern etwas über das Innenleben von Elementarteilchen erfährt.


Das Proton bildet zusammen mit seinem Partnerteilchen, dem Neutron, und dem Elektron die Bausteine unserer Materie. Während das Elektron nach heutigem Kenntnisstand punktförmig ist, also keinerlei innere Struktur aufweist, besitzen Proton und Neutron ein reichhaltiges Innenleben.
Der Vortrag gibt zunächst einen Überblick über den Aufbau der Materie bis hin zu den Bausteinen der Atomkerne, dem Proton und dem Neutron, um anschließend unser Wissen zur Struktur des Protons zu behandeln.
Erste Hinweise, dass das Proton kein punktförmiges Teilchen ist, ergaben sich aus den Versuchen Otto Sterns Anfang der 1930er Jahre. Streuexperimente an Teilchenbeschleunigern konnten dann in den 1950er Jahren zunächst den Radius des Protons bestimmen und damit eindeutig zeigen, dass es sich um ein ausgedehntes Objekt handelt. Immer höhere Strahlenergien an Teilchenbeschleunigern erlaubten seitdem einen immer tieferen Blick in das Innere des Protons. Dies führte schließlich zur Identifizierung von Quarks, die durch den Austausch von sogenannten Gluonen miteinander wechselwirken, als dessen Bestandteile. Das komplexe Zusammenspiel zwischen Quarks und Gluonen im Inneren des Protons gibt den Physikern auch heute noch Rätsel auf. Auf aktuelle Forschungsergebnisse und Fragestellungen wird am Ende des Vortrags eingegangen.

 

Samstag 15.11.2014, 11:00-12:30, Fo2

Prof.Dr.Thomas Taubner (I. Physikalisches Institut A)

 

Mikroskopie auf der Nanometerskala mit Infrarotlicht

Wie man mit unsichtbarem Licht winzige Strukturen sichtbar machen kann

 

Die optische Mikroskopie erlaubt die Untersuchung von zahlreichen Phänomenen und Proben aus der Biologie, den Materialwissenschaften und der Technik. Allerdings ist in der klassischen Lichtmikroskopie die erreichbare Auflösung durch Beugung auf ungefähr eine Wellenlänge des verwendeten Lichts beschränkt, weshalb kleinere Strukturen wie. z.B. Nanostrukturen mit dieser Methode nicht aufgelöst werden können.
Möchte man zusätzlich Informationen über die molekulare Zusammensetzung eines Stoffes erhalten, so bietet sich Mikroskopie mit Infrarotlicht an: Diese Licht kann Schwingungen von Molekülen anregen und so über Ihre chemische Zusammensetzung Auskunft geben. Leider hat das Infrarotlicht deutlich längere Wellenlängen als das sichtbare Licht, so dass die Untersuchung von Nanostrukturen bislang nicht möglich war. In diesem Vortrag möchte ich neue optische Mikroskopieverfahren für die Abbildung von Nanostrukturen vorstellen, die – für den Menschen unsichtbares – Infrarotlicht benutzen, um zusätzliche Informationen über Moleküle und Festkörper auf der Nanometerskala liefern.

 

Talks 2013

 

Samstag 30.11.2013, 11:00-12:30, Fo2

Prof. Stefan Wessel (Institut für Theoretische Festkörperphysik)

 

60 Jahre Metropolis Monte Carlo: ein Glücksfall für die Physik
Mittels zufälliger Ereignisse die Eigenschaften komplexer physikalischer Systeme berechnen

 

Monte Carlo ist bekannt als Stadtteil von Monaco für die Rallye Monte Carlo, das Tennisturnier Monte Carlo Masters oder auch sein Casino, in dem der Zufall über das Glück entscheidet. Für Physiker jedoch verbirgt sich hinter dem Begriff Monte Carlo noch eine ganz andere Welt des Zufalls: eine der effizientesten Methoden zur Berechnung komplexer Systeme trägt ebenfalls diesen Namen. In der Vorlesung soll zunächst erläutert werden, wie sich in der Tat mittels rein zufälliger Ereignisse sogar exakte mathematische Größen, wie die Kreiszahl Pi, beliebig genau bestimmen lassen. Damit die Monte Carlo Methode für die Behandlung komplexer Systeme in der Physik nutzbar wird, muss sie geschickt angewandt werden. Wie das geht, hat vor 60 Jahren Nicolas Metropolis zusammen mit den Eheleuten Rosenbluth und Teller herausgefunden. Inspiriert waren sie dabei durch MANIAC, den seinerzeit schnellsten Computer der Welt, aufgebaut in New Mexico, USA. Heute stehen auf der ganzen Welt Billionen mal schnellere Supercomputer zur Verfügung, so etwa auch am FZ Jülich, in direkter Nachbarschaft zu Aachen. Ähnlich wie bei der Rallye geht es also auch bei der Methode Monte Carlo um Schnelligkeit. Dennoch, allein schnelle Computer reichen nicht aus, um die Probleme der modernen Physik mit Monte Carlo Methoden zu behandeln. Daher soll in der Vorlesung auch gezeigt werden, wie unerlässlich immer wieder gute Ideen waren, um den Fortschritt in der Physik ganz jenseits technologischer Entwicklungen zu sichern.

 

Samstag 16.11.2013, 11:00-12:30, Fo2

Prof. Gero von Plessen (I. Physikalisches Institut (IA))

 

Farbenzauber - wie Elektronenschwingungen sichtbar werden
Über die Entstehung und Wahrnehmung von Farben - Was Farben über die Eigenschaften von Atomen und Molekülen verraten

 

Die Farben der meisten Gegenstände haben ihren Ursprung in den Schwingungen von Elektronen, jener Elementarteilchen, aus denen auch der aus der Steckdose stammende elektrische Strom besteht. Diese Schwingungen lassen sich in Atomen und Molekülen durch Lichteinstrahlung "anschubsen" und können ihrerseits Licht aussenden. Haben die Schwingungen eine bestimmte Frequenz, d.h. schwingen die Elektronen in einem gewissen Takt, wird das ausgesandte Licht vom menschlichen Auge als farbig wahrgenommen. In dieser Vorlesung betrachten wir, wie genau es zur Entstehung und Wahrnehmung von Farben kommt, was uns die Farben über die Eigenschaften der Atome und Moleküle verraten und wie man die Elektronenschwingungen für den Einsatz in der Technik maßschneidern kann. Insbesondere befassen wir uns mit einer faszinierenden neuen Forschungsrichtung, in der es darum geht, durch die nanotechnologische Herstellung künstlicher "Atome" Gegenstände für den Beobachter unsichtbar zu machen, ihnen also gewissermaßen eine "Tarnkappe" überzuziehen.

 

Samstag 9.11.2013, 11:00-12:30, Fo2

Prof. Michael Krämer (Institut für Theoretische Teilchenphysik und Kosmologie)

 

Das Higgs-Teilchen und das Ende der Welt
Die Geschichte des Higgs-Teilchens von der Geburt 1964 bis zum großen Auftritt am CERN 48 Jahre später

Das 2012 nach jahrzehntelanger Suche am Europäischen Forschungszentrum CERN in Genf entdeckte Higgs-Teilchen ist der Schlüssel zum Verständnis von Masse und der Existenz von Atomen. Dieser Vortrag erzählt die Geschichte des Higgs-Teilchens von der Geburt in einem kleinen Büro im schottischen Edinburg im Jahr 1964 bis zum großen Auftritt auf der Weltbühne am CERN 48 Jahre später und beleuchtet offene Fragen der aktuellen Forschung: Warum ist dieses Higgs-Teilchen so wichtig? Ist das neu entdeckte Teilchen nun wirklich das Higgs, oder vielleicht doch etwas Neues, Unerwartetes? Und was lernen wir aus dieser Entdeckung über das Schicksal des Universums?