Kolloquium für Physiklehrende

Prof. Dr. Benjamin Stickler, Universität Ulm
Makroskopische Quantenphysik:
Das Rennen um das größte Quantenexperiment

Zusammenfassung:

Die Quantenmechanik beschreibt die Bewegung massebehafteter Objekte auf mikroskopischen Längen- und Zeitskalen in beeindruckender Übereinstimmung mit allen Beobachtungen. Sie ist eine der erfolgreichsten physikalischen Theorien aller Zeiten mit weitreichenden Konsequenzen für unser physikalisches Weltbild und mit großem Potential für technologische Innovationen. Nichtsdestotrotz stellt uns die Quantenmechanik bis heute vor Fragen: Wie kommt es zu klassischem Verhalten auf der makroskopischen Skala unserer Alltagserfahrungen? Ist die Quantenmechanik auch für massereiche Systeme, wie einen Tennisball, gültig? Wie können Quantenmechanik und Gravitation unter einen Hut gebracht werden? Zur Beantwortung dieser Fragen liefern sich führende Forscher ein Wettrennen um das größte Quantenexperiment. Diese Experimente überprüfen die Gültigkeit der Quantenphysik bei immer größeren Massen und gewähren einen ersten Blick auf mögliche Quantentechnologien der nächsten Generation.

Prof. Dr. Berndt Koslowski, Universität Ulm
Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie: Ein Überblick

Zusammenfassung:

Es wird ein Überblick über die Rastertunnelmikroskopie gegeben. Wir beginnen mit einer kleinen Historie, stellen grundlegende theoretische Betrachtungen an und lernen die technischen Elemente kennen, die zu einem Tunnelmikroskop (STM) und allen abgeleiteten Formen des STM gehören. Anschließend werden interessante und schöne Beispiele für Ergebnisse beschrieben, die mit STMs erzielt wurden. Dazu gehören z.B. Topographie, Spektroskopie, Nanomanipulation, spinpolarisiertes Tunneln und inelastische Tunnelspektroskopie. Abgeleitete Formen wie das Rasterkraft- oder das magnetische Kraftmikroskop werden nicht behandelt.

Dr. Tobias Speidel, Universitätsklinikum Ulm
Vom Spin zur Diagnose:
Die Physik hinter der Magnetresonanztomographie

Zusammenfassung:

Dieser Vortrag beleuchtet die physikalischen Grundlagen der Magnetresonanztomographie. Es wird gezeigt, wie Protonenspins in starken Magnetfeldern manipuliert werden können, um detaillierte Bilder des menschlichen Körpers zu erzeugen. Dabei werden grundlegende Resonanz- sowie Relaxationsprozesse erläutert sowie der Einsatz mathematischer Optimierungen veranschaulicht, durch die Bildqualität und Effizienz stetig verbessert werden können. Fortgeschrittene Algorithmen und Signalverarbeitungsmethoden kommen zum Einsatz, um die Präzision der Bildgebung zu weiter zu erhöhen. So wird verdeutlicht, wie physikalische Prinzipien und mathematische Verfahren die MRT zu einem unverzichtbaren Werkzeug der modernen klinischen Diagnostik machen.