Nachrichten-Archiv von 2022

Die Quantenphysik wird alle Probleme der Menschheit lösen – es gibt einige Wissenschaftler, die diese Auffassung vertreten. Kann sie das wirklich? Dieser Frage geht Prof. Dr. Carsten Schuck vom Physikalischen Institut der Universität Münster im neuen Podcast nach. Er beschreibt beispielsweise, was hinter der Quantentechnologie steckt und welche Möglichkeiten sich daraus ergeben. „Viele Technologien, die wir heute bereits nutzen – beispielsweise Sensoren –, beruhen auf Quanteneigenschaften. Damit können wir allerdings nur einen kleinen Teil unserer Probleme lösen“, betont der Physiker.

Die Nordrhein-Westfälische Akademie der Wissenschaften und der Künste hat die Germanistin Dr. Joana van de Löcht und den Physiker Dr. Thorsten Deilmann von der Universität Münster als neue Mitglieder in das Junge Kolleg aufgenommen. Landesweit ernannte die Akademie 17 neue Kollegiaten, die jeweils ein jährliches Stipendium von 10.000 Euro erhalten.

Einem deutsch-spanischen Forscherteam aus Valencia, Münster, Augsburg, Berlin und München ist es gelungen, einzelne Lichtquanten mit höchster Präzision zu kontrollieren. In der Fachzeitschrift „Nature Communications“ berichten die Wissenschaftler, wie sie einzelne Photonen auf einem Chip mithilfe einer Schallwelle gezielt zwischen zwei Ausgängen mit Gigahertz-Frequenzen hin- und herschalten. Diese erstmals gezeigte Methode kann nun für akustische Quantentechnologien oder komplexe integrierte photonische Netzwerke angewandt werden.

Dr. Alexander Pusch und Nils Haverkamp vom Institut für Didaktik für Physik der Universität Münster bringen Lehramtsstudierenden bei, wie 3D-Druck funktioniert und wie man diese Technik im Unterricht einsetzen kann. Dazu haben die beiden nun ein Lehrbuch veröffentlicht. Im Interview mit Christina Hoppenbrock erklärt Alexander Pusch, weshalb der moderne naturwissenschaftliche Unterricht ohne 3D-Druck kaum auskommt.

 

Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat mit dem Neutrino-Detektor „IceCube“ erstmals Hinweise auf hochenergetische Neutrinos gefunden, die von einer aktiven Galaxie im Sternbild Walfisch stammen. Diese Galaxie trägt die Bezeichnung Messier 77 (oder auch NGC 1068) und ist eine der am besten untersuchten Galaxien überhaupt. Sie ist etwa 47 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt und kann mit starken Ferngläsern beobachtet werden. Messier 77 wurde 1780 entdeckt. Die Bezeichnung „aktive“ Galaxie bezieht sich dabei auf den Galaxienkern: Er enthält ein Schwarzes Loch, das besonders viel Masse sammelt und die Galaxie extrem hell leuchten lässt. „Das ‚IceCube-Team‘ hat durch den Nachweis der Neutrinos zum ersten Mal Einblicke in das Innere einer aktiven Galaxie erhalten“, unterstreicht Prof. Dr. Alexander Kappes die Bedeutung der Studie. „Das Interessante dabei ist, dass die Beobachtungen auf eine Klasse von hochenergetischen Objekten im Universum hindeuten, aus denen hochenergetische Photonen (Gamma-Strahlung) nur sehr schwer entkommen können. Zukünftige, noch sensitivere Detektoren wie das ‚IceCube-Gen2-Observatorium‘, werden sehr viel mehr solcher Quellen entdecken können.“

Die Volksrepublik China hat Prof. Dr. Harald Fuchs, Seniorprofessor am Physikalischen Institut der Universität Münster und wissenschaftlicher Leiter des münsterschen Center for NanoTechnology (CeNTech), den „International Cooperation Award for Science and Technology“ verliehen. Es ist die höchste Auszeichnung, die China an Wissenschaftler für eine langjährige und erfolgreiche Kooperation mit chinesischen Wissenschaftlern vergibt. Sie ist pro Jahr auf jeweils zehn Personen weltweit beschränkt. Der Preis existiert seit 1994. Seither wurde er erst 19 Mal an deutsche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vergeben.

Wer etwas über Gravitationswellen, Galaxien und Antimaterie erfahren möchte, der ist beim 23. Astroseminar am 30. September (Freitag) und 1. Oktober (Samstag) an der Universität Münster genau richtig. Expertinnen und Experten beleuchten in Vorträgen im Hörsaal HS 1 an der Wilhelm-Klemm-Straße 10 allgemeinverständlich aktuelle Ergebnisse, Experimente und offene Fragen der Astrophysik. Interessierte erfahren, was sich alles in den unendlichen Weiten des Alls tummelt: von winzigen Neutrinos bis zur gigantischen Galaxie. Unter anderem gehtes um die Frage, was man durch den Blick auf Neutrinos und andere kosmische Boten über den Weltraum lernen kann. Forscherinnen und Forscher der Universität Münster geben Einblicke in ihre Labore und in aktuelle Experimente.

Die Kontrolle des Eigendrehimpulses (Spins) von Elektronen eröffnet künftige Anwendungsszenarien in der spinbasierten Elektronik (Spintronik), beispielsweise zur Informationsverarbeitung. Außerdem bietet sie neue Möglichkeiten, die Selektivität und Effizienz von chemischen Reaktionen zu kontrollieren. Erste Erfolge präsentierten Forscher kürzlich am Beispiel der photokatalytischen Wasserspaltung zur Erzeugung von „grünem“ Wasserstoff und Sauerstoff. Ein Gemeinschaftsprojekt von Arbeitsgruppen am Center for Soft Nanoscience der Universität Münster und am chemischen Institut der Universität Pittsburgh (Pennsylvania, USA; Prof. David Waldeck) soll nun die zielgerichtete Entwicklung spinselektiver Katalysatormaterialien vorantreiben.

Brennstoffzellen wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrischen Strom und Wärme um. Sie werden unter anderem in der Fahrzeugentwicklung, in der Luft- und Raumfahrt oder zur nachhaltigen Energieversorgung eingesetzt. Bei der Energieumwandlung spielt die katalytische Reduktion von Sauerstoff eine wichtige Rolle. Die Entwicklung von effizienten und günstigen Katalysatoren ist daher extrem wichtig. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Münster haben nun auf dem Forschungsgebiet der Einzelatomkatalysatoren Fortschritte erzielt: Mit Kollegen des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam und der Universität Paderborn entwickelten sie einen methodischen Ansatz, der die Charakterisierung mit atomarer Auflösung direkt mit der Analyse der elektrochemischen Eigenschaften bei der Reduktion von Sauerstoff verbindet. Dieses Verfahren erlaubt zukünftig, maßgeschneiderte Katalysatoren noch effizienter zu gestalten. Die Studienergebnisse sind im Fachmagazin ACS Nano erschienen.

Weniger Bürokratie, stärkere Fokussierung auf wissenschaftliche Zusammenarbeit: Die Universität Münster und die Universität Twente haben ein Promotionsabkommen unterzeichnet. Für die Fachbereiche Physik sowie Chemie und Pharmazie sind von nun an verwaltungstechnische Hürden abgebaut, das Verfahren für eine gemeinsame Doktorandenausbildung wurde vereinfacht. So ist es beispielsweise in Zukunft nicht mehr notwendig, für die Promovenden die juristischen und organisatorischen Rahmenbedingungen immer wieder neu auszuhandeln. „Neben den administrativen Vorteilen ermöglicht uns die gemeinsame Ausbildung exzellenter Nachwuchskräfte, die wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen unseren Universitäten zu stärken“, betont Rektor Prof. Dr. Johannes Wessels.

Für ihre herausragende Masterarbeit zur Untersuchung von Charmoniumzerfällen und der Suche nach exotischen Teilchenzuständen an einem Elektron-Positron-Collider hat Anja Brüggemann den mit 1.500 Euro dotierten „Infineon-Master-Award“ erhalten – den Preis verleiht der Fachbereich Physik der Universität Münster mit der Infineon Technologies AG. „Anja Brüggemanns Arbeit, ihre komplexen Analysemethoden und ihre Ergebnisse gehen weit über das Maß einer Masterarbeit hinaus – sie hat eher das Format einer Doktorarbeit“, betont Prof. Dr. Alfons Khoukaz vom Institut für Kernphysik, in dessen Arbeitsgruppe die Masterarbeit angefertigt wurde. Ihre Resultate seien für das hochaktuelle Forschungsgebiet zur Suche und Untersuchung exotischer Teilchenzustände in der Hadronenphysik von großer Relevanz, insbesondere um die bisher noch unverstandene Struktur spezieller Teilchenzustände zu entschlüsseln.

Molekulare Maschinen steuern eine Vielzahl grundlegender Prozesse in der Natur. Eingebettet in eine zelluläre Umgebung, spielen sie eine zentrale Rolle beim intra- und interzellulären Transport von Molekülen sowie bei der Muskelkontraktion von Menschen und Tieren. Für die Funktion des gesamten Organismus ist meist eine wohldefinierte Orientierung und Anordnung der molekularen Maschinen essenziell. Zum Beispiel ermöglicht die spezifische Einbettung von Motorproteinen, welche eine Klasse von biomolekularen Maschinen bilden, ein dynamisches Zusammenspiel der unzähligen Proteine. Dadurch wird die Bewegung auf molekularer Ebene verstärkt und über verschiedene Größenordnungen hinweg bis zur makroskopischen Ebene übertragen.

Vor zehn Jahren, am 4. Juli 2012, ging eine spektakuläre Nachricht um die Welt: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Teilchenbeschleunigers LHC am Kernforschungszentrum CERN bei Genf gaben die Entdeckung des Higgs-Bosons, auch Higgs-Teilchen genannt, bekannt. Physiker Prof. Dr. Michael Klasen erinnert sich im Interview mit Christina Hoppenbrock an die sensationelle Entdeckung.

Quantentechnologien gelten als zukunftsträchtiges Forschungsgebiet, beispielsweise im Hinblick auf Anwendungen in den Bereichen Kommunikation und Computer. Ein wichtiger Baustein für solche Anwendungen sind sogenannte Einzelphotonenemitter – Materialien, die in schneller Folge einzelne Photonen, also Lichtteilchen, aussenden. Photonen sind hervorragend geeignet, um Daten schnell und sicher zu übermitteln. Ein genaues physikalisches Verständnis, wie Einzelphotonenemitter aufgebaut sind und wie sie sich kontrollieren lassen, ist für deren möglichen Einsatz in zukünftigen Anwendungen nötig. Ein Team von Physikern der Universität Münster und der Technischen Universität Breslau (Polen) hat nun erstmals die ultraschnelle Kontrolle von Einzelphotonenemittern durch Laserimpulse in dem zweidimensionalen Material „hexagonales Bornitrid“ systematisch untersucht. „Ultraschnell“ bedeutet hier schneller als eine Pikosekunde, also eine billionstel Sekunde. Die Studie ist in der Fachzeitschrift „Optica“ veröffentlicht.

Die Biochemikerin Prof. Dr. Lydia Sorokin und der Teilchenphysiker Prof. Dr. Christian Weinheimer der Universität Münster haben jeweils einen der begehrten „Advanced Grants“ des Europäischen Forschungsrats (European Research Council, ERC) erhalten. Die Förderungen in Höhe von zusammen fast sechs Millionen Euro ermöglichen die Realisierung herausragender Forschungsprojekte. „Die Grants sind in erster Linie eine persönliche Auszeichnung der Forscher und ein Beleg dafür, dass an der Universität Münster Spitzenforschung betrieben wird“, unterstreicht Rektor Prof. Dr. Johannes Wessels. „Spitzenforschung ist jedoch ohne talentierten Nachwuchs nicht möglich. Daher ist es auch von großer Bedeutung, dass die Förderung es jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ermöglicht, die Forschung mitzugestalten und voranzubringen, beispielsweise durch die Finanzierung von Doktoranden sowie Postdoktoranden, die eine akademische Karriere anstreben.“

Nach der erfolgreichen ersten Ausgabe von "Physik zur Mittagszeit" im Jahr 2018 bietet der Fachbereich Physik der Universität Münster in diesem Sommer wieder eine Vorlesungsreihe für die Öffentlichkeit an. Samstags ab 12 Uhr geben Physik-Professorinnen und -Professoren im Hörsaal F2 des Fürstenberghauses (Domplatz 20-22) anschauliche Erklärungen zu Physik-Nobelpreisen der vergangenen Jahre und Einblicke in ihre Forschung.

Eine besondere Experimentiererfahrung für Schülerinnen und Schüler bietet das Institut für Didaktik der Physik der Universität Münster an: Jugendliche der gymnasialen Oberstufe können „Mixed-Reality“-Experimente aus dem Themenbereich der Optik erproben. Ein hochmodernes Headset sorgt dabei für den Durchblick und zeigt interaktiv und in Echtzeit, wie Experiment und theoretische Modellierung zusammenhängen. Aktuell stehen noch freie Plätze zur Verfügung, um diese neue Art des Experimentierens auszuprobieren und an einer didaktischen Begleitstudie teilzunehmen. Das Institut für Didaktik der Physik lädt interessierte Jugendliche ein, sich per E-Mail an idp@uni-muenster.de anzumelden. Weitere Informationen für Schüler und Lehrkräfte finden sich unter www.physikkommunizieren.de/sek-ii/hololens.

Die physikalische Grundlagenforschung tritt in eine neue Ära der Erforschung von Kernmaterie ein, angetrieben durch Präzisionsdaten von Teilchenbeschleunigern. Vor diesem Hintergrund gibt der Teilchenphysiker Prof. Fredrick Olness von der Southern Methodist University in Dallas (USA) am 7. April (Donnerstag) beim Allgemeinen Physikalischen Kolloquium der Universität Münster Einblicke in das „nCTEQ-Projekt“. Dieses Forschungsvorhaben nutzt moderne Methoden der Quantenchromodynamik, die beschreibt, wie die Bausteine von Atomkernen miteinander in Wechselwirkungen treten. Für die Berechnungen sind leistungsstarke Computersysteme nötig, um die Datensätze mithilfe künstlicher Intelligenz umfassend zu analysieren. Der Vortrag mit dem Titel „Das nCTEQ-Projekt: Entschlüsselung des fundamentalen Charakters der starken Wechselwirkung“ findet ab 16.15 Uhr im Hörsaal (HS) 2 im Gebäude IG 1, Wilhelm-Klemm-Straße 10 statt. Die Vortragssprache ist Englisch, Interessierte sind willkommen.

Die nordrhein-westfälische Landesregierung unterstützt den Forschungsverbund NRW-FAIR mit rund 16,5 Millionen Euro für vier Jahre. Das Netzwerk von Teilchenphysikerinnen und -physikern gestaltet die Arbeit am „Facility for Antiproton and Ion Research“ (FAIR) in Darmstadt maßgeblich mit und bereitet zwei Großexperimente an dieser neuen Teilchenbeschleunigeranlage vor, die 2026 an den Start gehen soll. Die Universität Münster ist einer von fünf geförderten Standorten des Netzwerks.

Der Physiker Dr. Christian Schwermann hat für seine herausragende Doktorarbeit an der Universität Münster den mit 2.500 Euro dotierten Infineon-Promotionspreis 2022 erhalten. In Zusammenarbeit mit den Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Harald Fuchs vom Physikalischen Institut und Prof. Dr. Frank Glorius vom Organisch-Chemischen Institut entwickelte der Physiker aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Nikos Doltsinis am Institut für Festkörpertheorie molekulare Nanomotoren auf der Grundlage skalenübergreifender Computersimulationen. Der Infineon-Promotionspreis wird jährlich vom Fachbereich Physik der Universität Münster und der Infineon AG vergeben.

Mikroskopisch kleine Nanomaschinen, die sich wie U-Boote mit eigenem Antrieb bewegen – beispielsweise im menschlichen Körper, wo sie Wirkstoffe transportieren und gezielt freisetzen: Was nach Science-Fiction klingt, ist in den vergangenen 20 Jahren zu einem immer schneller wachsenden Forschungsgebiet geworden. Die meisten bisher entwickelten Teilchen funktionieren jedoch nur im Labor. Der Antrieb zum Beispiel ist eine Hürde: Manche Teilchen müssen durch Licht mit Energie versorgt werden, andere nutzen chemische Antriebe, die giftige Substanzen freisetzen. Beides kommt für eine Anwendung im Körper nicht infrage. Eine Lösung für das Problem könnten akustisch angetriebene Teilchen sein. Johannes Voß und Prof. Dr. Raphael Wittkowski vom Institut für Theoretische Physik und Center for Soft Nanoscience der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster haben nun zentrale Fragen, die bislang einer Anwendung eines akustischen Antriebs im Wege standen, geklärt. Die Ergebnisse der theoretischen Arbeit sind in der Fachzeitschrift ACS Nano veröffentlicht.

Um Forschungseinrichtungen in Nordrhein-Westfalen auf dem Gebiet der Quantentechnologien zu vernetzen und Expertise zu bündeln, haben sich mehr als ein Dutzend Standorte zum Quantencomputing-Netzwerk „EIN Quantum NRW“ zusammengeschlossen. Die Abkürzung „EIN“ steht für Education, Innovation und Networking. Zu den Gründungspartnern gehört die Universität Münster. Ziele sind unter anderem, die Sichtbarkeit des Quantenstandorts NRW zu verbessern und Grundlagenforschung mit Großunternehmen und Start-ups zusammenzubringen, um den Technologietransfer zu unterstützen. Auch die Ausbildung soll um interdisziplinäre Konzepte erweitert und auf Landesebene vernetzt werden, um dem zunehmenden Fachkräftemangel in der Quantentechnologie zu begegnen. „Ich bin fest davon überzeugt, dass das Netzwerk eine einmalige Chance darstellt, um diese Technologie zu stärken. Der Universität Münster ist es dabei ein besonderes Anliegen, die Lehre auf diesem Feld zu stärken und Studierende und Doktoranden für diesen Bereich zu gewinnen“, unterstreicht Rektor Prof. Dr. Johannes Wessels.

Das internationale KArlsruhe TRItium Neutrino Experiment (KATRIN) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat eine wichtige Barriere in der Neutrinophysik mit Relevanz für die Teilchenphysik und Kosmologie durchbrochen. Aus den aktuell in der Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlichten Daten lässt sich eine Obergrenze von 0,8 Elektronenvolt (eV) für die Masse des Neutrinos ableiten. Diese Ergebnisse ermöglichten es dem KATRIN-Forscherteam, die Masse dieser „Leichtgewichte des Universums“ mit bisher unerreichter Präzision einzugrenzen.

Ein Team vom Physikalischen Institut der Universität Münster war bei der Großgeräteinitiative „Quantenkommunikation“ (QCDE) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) erfolgreich: Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erhalten ein „Millikelvin-Mikrowellen-Photonik-Messsystem“, mit dem Bauelemente für die Quantenkommunikation untersucht werden sollen. Die DFG stellt hierfür rund 2,7 Millionen Euro zur Verfügung. Die Quantenkommunikation gilt als eine der Schlüsseltechnologien der Zukunft, bei der Informationen durch einzelne Lichtquanten, sogenannte Photonen, übertragen werden. Diese Art der Datenübertragung ist nicht nur schnell, sondern vor allem besonders abhörsicher.