Kolloquium für Physiklehrende WS 2008/09

Zwischen Mikro- und Makrowelt: Eine Reise durch die mesoskopische Physik

Prof. J. Ankerhold, Theoretische Physik

Di, 11.11.2008, 16:15 Uhr
Physik-Hörsaal H 2 der Universität Ulm

Makroskopische materielle Objekte werden durch die klassische Mechanik, die auf Newton zurückgeht, beschrieben. Mikroskopische Systeme, wie Atome oder Moleküle, gehorchen dem quantenmechanischen Formalismus, dessen Entwicklung im wesentlichen in den ersten drei Jahrzehnten des letzten Jahrhunderts erfolgte. Diese beiden „Welten“ treffen aufeinander auf Längenskalen von einigen Nanometern bis hin zu einigen Mikrometern, in dem Bereich der sog. mesoskopischen Physik. Hier werden physikalische Eigenschaften durch klassische als auch quantenmechanische Prozesse bestimmt. In den letzten zwei Dekaden ist es auf diese Weise gelungen, fundamentale Fragen zu beantworten, etwa: Wie geht die Quantenmechanik in die klassische Mechanik über? Wie verändert der Einfluss einer makroskopischen Umgebung ein Quantensystem? Lässt sich zwischen quantenmechanischen und klassischen Eigenschaften eines Systems kontrolliert hin und her „schalten“? Kann es makroskopische Quantenobjekte geben? Faszinierende Experimente und ihre theoretische Erklärungen haben unsere Vorstellungen von dem, was Quantenphysik ist, stark verändert. Dabei offenbart sich in allerjüngster Zeit auch eine tiefe Verbindung zwischen verschiedenen Disziplinen der Physik wie z.B. zwischen Atom- und Festkörperphysik.

Vom Atom zum Molekül: Quantenmechanische Aspekte von Atom- und Molekülbau

Prof. G. Taubmann, Theoretische Chemie

Di, 16.12.2008, 16:15 Uhr
Physik-Hörsaal H 2 der Universität Ulm

Ausgehend von den Grundlagen der Quantenmechanik gehen wir ohne ausufernde Mathematik von einfachsten Systemen (eindimensionaler Oszillator) über das Wasserstoffatom zu Mehrelektronenatomen und zu Molekülen. Wichtige physikalische Erkenntnisse erhalten wir aus der Heisenbergschen Unschärferelation. Aus der Tatsache, daß Elektronen ununterscheidbar sind, folgt schon fast das Pauli-Prinzip. Wir sehen uns an, was die Orbitalbilder in den Chemiebüchern wirklich zeigen und erfahren abschließend, wie man (oder unser Computer) Moleküle berechnet.

Der Vortrag ist auch für Chemielehrer geeignet.

Mikroskopie am „unteren Ende“

Prof. U. Kaiser, Elektronenmikroskopie

Di, 13.1.2009, 16:15 Uhr
Physik-Hörsaal H 2 der Universität Ulm

Ein wesentlicher Grund für die noch bis Mitte der 90iger Jahre des vergangenen Jahrhunderts pessimistische Einschätzung der meisten Experten über Entwicklungsmöglichkeiten der Elektronenoptik war das Scherzer-Theorem (1936). Dieses besagt, dass in nichtrelativistischer Nährung runde Elektronenlinsen sehr große unvermeidbare Fehler besitzen, welche die Auflösung des Elektronenmikroskops auf ungefähr das Hundertfache der Wellenlänge der abbildenden Elektronen begrenzen. Damit war eine Mikroskopie am „unteren Ende“ der Materie, eine scharfe Abbildung einzelner Atome praktisch unmöglich. Jedoch, und darauf wird im Vortrag eingegangen, erlebt die Elektronenmikroskopie gegenwärtig durch die bahnbrechenden Entwicklungen elektronenoptischer Komponenten unter Umgehung des Scherzer-Theorems eine revolutionäre Entwicklung.

Mit bildfehlerkorrigierter Transmissionselektronenmikroskopie können wir endlich mit Pikometergenauigkeit dort hinzuschauen, wo die Atome sind; vor kurzem noch verborgene Anworten können gegeben werden. Dieses werde ich an Hand von Beispielen aus der Halbleiterforschung, Nanokohlenstoffmaterialien demonstrieren.

Grundlegende Aspekte der Speziellen Relativitätstheorie

Prof. P. Reineker, Theoretische Physik

Di, 10.2.2009, 16:15 Uhr
Physik-Hörsaal H 2 der Universität Ulm

Unter Verwendung des Einsteinschen Relativitätsprinzips und des Einsteinschen Postulats der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in zueinander mit konstanter Geschwindigkeit bewegten vierdimensionalen Koordinatensystemen werden die Gleichungen für eine Lorentztransformation hergeleitet. Mit Hilfe dieser Transformationen werden die Längenkontraktion, die Zeitdilatation und das Zwillingsparadoxon diskutiert.

Folien zum Vortrag als pdf-Datei (564 kB)

apl. Prof. Dr. Matthias Freyberger
Institut für Quantenphysik
Albert-Einstein-Allee 11
89081 Ulm
Telefon: 0731/50-23085
Telefax: 0731/50-23086
Raum: Uni Ost, O25/501