Tag der Physik

Woraus werden die Computer der Zukunft gebaut? Und was haben ein Wirbelsturm und ein Donut mit Quantenphysik zu tun? Antworten darauf liefern Forschende des Exzellenzclusters ctd.qmat.

Das Cluster untersucht in Dresdner und Würzburger Hochleistungslaboren unter Extrembedingungen die Eigenschaften neuer Materialien für megaschnelle Quantenchips, die kaum Energie verbrauchen und über gigantische Speicherkapazitäten verfügen.

Mit vier interaktiven Exponaten können die Geheimnisse der Quantenphysik entschlüsselt werden:

• Lässt sich ein Donut kämmen, ohne dass ein einziger Wirbel entsteht?
• Welcher Wunderwerkstoff funktioniert wie eine Keksdose?
• Kann man eine Ameise auf einer Klein'schen Flasche fangen?
• Wieviele Löcher hat eine Tasse? Wie viele eine Kaffeekanne oder eine Brezel?

Entdecke die unglaubliche Quantenwelt!
 
Im Handyspiel „Katze Q” kannst du zusammen mit Anna, der Ur-Enkelin eines Nobelpreisträgers, über 20 Rätsel lösen, um die Katze aus der Kiste zu retten. Alle basieren auf spannenden Phänomenen aus der Quantenphysik!

Die preisgekrönte App „Katze Q” ist seit Oktober '21 in App- & Play-Store erhältlich und hat schon über 500.000 Downloads.

iPads können am Stand ausgeliehen werden!

Mit Liegestühlen, iPads (Ausleihe gegen Pfand) und Gummikätzchen können neugierige Kinder, Jugendliche & Familien in Wohnzimmeratmosphäre eine außergewöhnliche Spiele-App entdecken.

femtoPro ist die realistische interaktive Simulation eines Laserlabors mit vollständigem Laborkurs in virtueller Realität. Schritt-für-Schritt-Anleitungen führen anhand von Beispielen aus dem Laboralltag durch die Justage von Spiegeln, Linsen, Verzögerungsstrecken und mehr. Erlernen Sie in verschiedenen Leveln mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad den Umgang mit Lasern und optischen Bauteilen in der sicheren Umgebung der virtuellen Realität. Nach getaner Arbeit können Sie sich bei einer Runde Laserminigolf entspannen.

Warum verhalten sich Magnete so, wie sie es tun? Sie erzeugen faszinierende Magnetfelder, die sich im Alltag beobachten lassen: Kommen Sie und experimentieren Sie mit Versuchen, die diese Felder sichtbar machen.

Und wie präzise können wir sie kontrollieren und messen? Bis hinunter zur Ebene einzelner Atome! Dies ist mithilfe eines Rastertunnelmikroskops (RTM) möglich. Diese Technik nutzt die Quantennatur der Elektronen, die sich wie Wellen verhalten, um einzelne Atome und ihre magnetischen Eigenschaften sichtbar zu machen. Um zu verstehen, wie das funktioniert, kommen Sie vorbei und probieren Sie unser Modell eines RTM aus: Schaffen Sie es, einen konstanten Strom aufrechtzuerhalten?

Außerdem laden wir Sie ein, an einer unserer Laborführungen teilzunehmen. Entdecken Sie, wie all dies in der Praxis umgesetzt wird, und gewinnen Sie Einblicke in die spannende aktuelle Forschung, die wir am EP2 durchführen

Im Institut für Topologische Isolatoren entwickeln wir Halbleitermaterialien mit neuartigen elektronischen Eigenschaften und erforschen deren Potential für zukünftige Anwendungen. Die Herstellung und Weiterverarbeitung dieser Materialien erfolgt in speziellen Laboren mit strengen Anforderungen an die Reinheit. Doch wie rein ist eigentlich ein Reinraum? Und wie funktioniert ein Reinraum? Wieso sind Reinräume für die Herstellung von Nanobauelementen unverzichtbar? Wir beantworten diese Fragen an unserem Stand und erklären die faszinierende Technik hinter diesen Hightech-Laboren. 

Als Highlight bieten wir Ihnen exklusive Einblicke in unsere Reinräume im Rahmen kurzer Rundgänge durch unser Institut.

Licht von der Sonne besteht aus vielen Farben, welche man am schönsten im Regenbogen sehen kann. Bei uns kann man lernen, wie ein Regenbogen entsteht und wie man ihn auch zu sich nach Hause holen kann. Zusätzlich zeigen wir, wie kleinste metallische Partikel, sogenannte Nanoantennen ebenfalls Licht sortieren können und was man in der Forschung alles damit anstellen kann.

Wie leer ist „leer“ wirklich? An diesem Stand tauchen Sie in die faszinierende Welt des Vakuums ein – einen Raum, in dem fast keine Teilchen mehr vorhanden sind. Erleben Sie spannende Experimente, die zeigen, wie sich Dinge ohne Luft verhalten und warum ein Vakuum in Forschung und Technik unverzichtbar ist. Lassen Sie sich überraschen, welche Kräfte plötzlich sichtbar werden, wenn „nichts“ da ist!

Ob am Strand oder wenn wir sprechen – Wellen begegnen uns überall. Auch in der Beschreibung von Quantenphänomenen spielen Wellen eine entscheidende Rolle. An unserem Stand zeigen wir, wie man Schall gezielt lenken, verstärken oder sogar verschwinden lassen kann – und warum das für die Quantenphysik wichtig ist.

Die Physik der kleinsten Teilchen sucht nach Strukturen, die noch einmal sehr viel kleiner sind als die mit bloßem Auge schon nicht mehr sichtbaren Atome. Hierzu nutzen Forschende besondere "Mikroskope".  Diese müssen aufgrund der Gesetze der Quantenphysik umso größer sein, je kleiner die gesuchten Teilchen sind.

Würzburger Physiker gehen mit dem ATLAS Detektor auf Teilchensuche. Dieser steht in Genf, ist 46 Meter lang, hat einen Durchmesser von 25 Metern und bringt 7.000 Tonnen auf die Waage.  Aber nicht alle Experimente verlangen nach solchen Giganten: Am Stand können mit Wasser und einer modifizierten Kaffeekanne Teilchen gemessen werden, die in den oberen Schichten unsere Atmosphäre durch die Wechselwirkung der kosmischen Strahlung mit Luftteilchen entstehen.

Auch für das Lernen der Physik in der Schule ist es wichtig, physikalische Größen sichtbar zu machen, die zwar dem bloßen Auge verborgen bleiben, deren Wirkung wir aber messen und manchmal sogar spüren können. Die Wechselwirkung zweier Magnete wird beispielsweise begreifbarer, wenn die magnetischen Felder der Magnete sichtbar gemacht werden können. Mit Augmented Reality (AR) können solche Visualisierungen einer realen Experimentierumgebung überlagert werden und das Lernen unterstützen. Am Stand kann die AR-App PUMA ausprobiert werden. Diese App macht u.a. die physikalischen Vorgänge in Stromkreisen erfahrbar.

Entdeckt die Welt moderner Lasertechnologie! Erlebt Lasergravur live, bestaunt spannende Proben aus unseren Laboren und erfahrt, wie in der Technischen Physik geforscht wird. Als besonderes Highlight könnt ihr bei einer Reinraumführung unser Mikrostrukturlabor aus nächster Nähe kennenlernen.

Der erste Nachweis eines topologischen Isolators in einem Würzburger Labor hat das abstrakte mathematische Konzept der Topologie direkt mit greifbarer Physik verbunden. Doch was steckt hinter den mathematischen Dfinitonen der topologischen Invarianten, wie kann man sie veranschaulichen und begreifbar machen? Mit Lego-Modellen, Pendeln, Schaltkreisen und Möbiusbändern zum selbst basteln gibt es hier Topologie zum Anfassen und Mitmachen.

Schwarze Löcher entstehen beim Kollaps massereicher Sterne und besitzen eine so starke Gravitation, dass selbst Licht ihnen nicht entkommen kann. Stephen Hawking zeigte jedoch, dass Schwarze Löcher durch sogenannte Hawking-Strahlung langsam Masse verlieren und schließlich verschwinden. Dabei entsteht das Problem, dass die Information über den ursprünglichen Stern scheinbar verloren geht, was den Gesetzen der Quantenmechanik widerspricht. Dieses „Informationsparadoxon“ gilt als eines der zentralen ungelösten Probleme der modernen Physik. An unserem Lehrstuhl arbeiten wir daher an Ansätzen zur Quantengravitation wie der AdS/CFT-Korrespondenz, um dieses Paradoxon zu lösen.

Übers "Wasser" laufen? Das geht! Auf die Bewegung kommt es dabei an! Bei uns könnt ihr das direkt ausprobieren.
Wir alle wissen: Steigt man mit den Beinen in die Badewanne oder einen Pool sinkt man dabei direkt ein. An unserem Stand werdet ihr selbst erleben, dass das nicht der Fall ist, wenn die Wanne nicht mit Wasser sondern einer sogenannten "Nicht-Newtonschen Flüssigkeit" gefüllt ist. Was das ist, wie es funktioniert und was das ganze wiederum mit Ketchup und dem Blutwunder von Neapel zu tun hat, könnt ihr bei uns experimentell selbst erforschen.

 

Die Sonne versorgt die Erde dauerhaft mit einer Leistung, die rund dem 10.000-fachen des Energiebedarfs der gesamten Menschheit entspricht. Diese gewaltige Energiemenge wird durch Kernfusion tief im Sonneninneren bei Temperaturen von vielen Millionen °C freigesetzt. Haben Sie gewusst, dass jeder Quadratzentimeter Ihres Körpers in jeder Sekunde von circa 70 Milliarden Neutrinos durchdrungen wird? Auch diese oft als Geisterteilchen bezeichneten Elementarteilchen entstehen bei Verschmelzungen von Atomkernen im Sonneninneren. Von diesem astronomischen Vorbild inspiriert, sind Physikerinnen und Ingenieure bestrebt stabile Kernfusion in irdischen Reaktoren zu betreiben. Doch dazu müssen wir zunächst auch Aufbau und Funktionsweise von Sternen verstehen.
Die nahe Hettstadt gelegene Hans-Haffner-Sternwarte führt regelmäßig wissenschaftliche Beobachtungen im optischen Spektralbereich durch. Monitoring der Sonne als auch von aktiven Galaxienkernen trägt maßgeblich zu wissenschaftlichen Forschungsprojekten bei. Die Sternwarte stellt Teleskope mit entsprechenden Filtern zur Verfügung. Besucher haben die Möglichkeit eigenständig und gefahrlos Sonnenbeobachtungen durchzuführen. Besonders jetzt, gegen Ende des Maximums des elfjährigen Zyklus der Sonnenaktivität, können wir auf zahlreiche sichtbare Sonnenflecken, chromosphärische Strukturen oder eruptive Ereignisse hoffen. Können Sie sich vorstellen, dass durchschnittliche Protuberanzen der Sonne weitaus größer sind als unser Heimatplanet Erde?

 

Bereits vor über 100 Jahren, kurz nach der Veröffentlichung der allgemeinen Relativitätstheorie durch Albert Einstein, wurden schwarze Löcher zunächst als mathematische Konstrukte hypothetisiert. Heute gibt es eine Vielzahl an Befunden die die Existenz von astrophysikalischen schwarzen Löchern unterstützen. Von Gravitationswellen-Ereignissen über Röntgen-Doppelsterne und verräterische Mikro-Gravitationslinsen-Ereignisse bis hin zu den beeindruckenden Aufnahmen des Event Horizon Telescopes. Alles spricht dafür, dass schwarze Löcher häufig im Universum anzutreffen sind.
Oft machen sie sich durch die gravitative Beeinflussung ihrer Umgebung bemerkbar. Nähert sich interstellare Materie dem Einflussbereich eines schwarzen Lochs, strömt diese auf spiralförmigen Bahnen nach innen und heizt sich in einer Akkretionsscheibe auf einige 100.000 °C auf, sodass Atome ionisiert werden und Strahlung abgeben. Materie und Photonen die durch den Ereignishorizont fallen, sind aus dem uns zugänglichen Teil des Universums verloren. Doch rotierende Magnetfelder sorgen dafür dass die Rotationsenergie schwarzer Löcher abgeführt wird und zur Bildung und Beschleunigung gewaltiger Plasmastrahlen führt. Diese Jets reichern die Umgebung mit energiereichen Elementarteilchen an, ein bemerkenswerter Recycling-Prozess der sogar die Entstehung neuer Stern antreiben kann.
Besucherinnen und Besucher haben die Möglichkeit mithilfe von VR-Brillen und Controllern die Umgebung eines akkretierenden schwarzen Lochs in virtueller Realität zu erkunden und Eindrücke des Hollywood-Films "Interstellar" wiederzuentdecken. Die bizarren Effekte der allgemeinen Relativitätstheorie verzerren die Raumzeit, erzeugen eine verbogene Akkretionsscheibe und lassen Lichtstrahlen gekrümmten Bahnen folgen. Schaffen Sie es einen Lichtstrahl vor dem unwiederbringlichen Verschwinden im Ereignishorizont zu bewahren?

Nicht nur mit optischen Teleskopen können wir die Tiefen des Universums erforschen. Aus dem Sonnensystem, der Milchstraße und von fernen Galaxien erreichen uns Radio- und Mikrowellen.  Das sind, wie auch sichtbares Licht, elektromagnetische Wellen, jedoch mit deutlich größerer Wellenlänge. Während moderne Forschung zumeist mit gewaltigen Radioteleskopen oder Teleskop-Verbünden betrieben wird, kann man grundlegende Prinzipien am besten mit kleineren Antennen verstehen.
Wir demonstrieren mit einer von Studierenden selbst konstruierten Radio-Antenne die Grundlagen der Radioastronomie. Wir detektieren Mikrowellen bei einer Wellenlänge von 21 cm, die uns von außerhalb der Erde erreichen. Diese Strahlung entsteht durch quantenphysikalische Spin-Flips von interstellarer Materie. Somit können wir die Verteilung von Wasserstoffwolken in der Milchstraße nachzeichnen. Was sind eigentlich Spin-Flips und wie ist unsere Milchstraße aufgebaut? Welche Eigenschaften haben Radiowellen und was verraten sie uns über das Universum? Lösen Sie diese und andere kosmische Fragen zusammen mit uns.

 

Was haben eine Wärmepumpe, ein Planschbecken, ein Blatt Papier und „verflüssigter“ Sand gemeinsam? In unseren Mitmach-Experimenten zeigen wir, wie Physik in Alltag, Klima und Naturkatastrophen steckt. Eine Wärmepumpe erwärmt das Wasser im Becken und macht sichtbar, wie man Wärme aus der Umgebung nutzen kann — ein Prinzip, das auch beim Klimaschutz eine wichtige Rolle spielt. Im Planschbecken wird es dann überraschend: Ein Wasserschlauch erzeugt einen “Traktorstrahl" und zieht magisch Bälle und Gummienten an. Außerdem zeigen wir, wie Luftströmungen Auftrieb erzeugen können, warum Wasser in einem gebogenen Schlauch zunächst bergauf fließt und wie ein Becher sich plötzlich von selbst entleert. Zum Schluss lassen wir festen Sand durch Rütteln fast wie eine Flüssigkeit wirken — ein Modell dafür, warum bei Erdbeben manchmal ganze Gebäude im Boden versinken.

Stefan Diller - Scientific Photography / Elektronenmikroskopiemuseum Nürnberg e.V.

Mikroskopisch kleine Welten mit Elektronenmikroskopen sichtbar zu machen, damit beschäftigt sich der Würzburger Fotograf Stefan Diller seit mehr als 40 Jahren. Er hat seine eigene Technik entwickelt, in die graue Welt der Elektronen Farbe zu bringen.
Diskutieren Sie mit ihm, was ihn fasziniert am Zusammenklang von Technik, Elektronen und Kunst.
Ebenso Thema: Die Geschichte der Elektronenmikroskopie benötigt ein Museum. Wir gründen es im Großraum Nürnberg-Erlangen. Engagieren Sie sich!

Wie funktioniert moderne Bildgebung? Von der Magnetresonanztomographie

(MRT) über die Computertomographie (CT) bis hin zum innovativen Magnetic Particle Imaging (MPI). Entdeckt, wie Magnetfelder, Röntgenstrahlen und winzige Nanopartikel sichtbar machen, was dem Auge sonst verborgen bleibt. Wissenschaft zum Anfassen – spannend, interaktiv und mitten aus der aktuellen Forschung!

Du wolltest schon immer wissen, woher die Farben im Regenbogen kommen und was Wellen und Licht miteinander zu tun haben? Oder hast Du Dich schon einmal gefragt, was während dem Röntgen beim Arzt eigentlich genau passiert?
In diesem Workshop beantworten wir diese und viele weitere Fragen, erkunden mit spannenden Experimenten die Welt des Lichts und folgen den Spuren einer Entdeckung, die in Würzburg ihren Anfang nahm!

Beim Besuch einer Ausstellung zum Thema ‚Röntgenstrahlung‘ am Physikalischen Institut fällt plötzlich die Tür hinter euch zu.

Es gibt innen keine Klinke, sondern nur einen Mechanismus, mit dem man Zahlen und Formelzeichen eingeben kann.

Ihr schaut euch um: Auf einem Tisch stehen alte Laborgeräte, es gibt einen Papierstapel mit Notizen, an der Wand hängen Röntgenaufnahmen und eine Tafel.

Eine große Uhr in der Ecke des Raums fängt plötzlich an zu ticken ...