vlb1105

Diese Katze will nicht um die Stricknadel kreisen. Ob es an der unscharfen Nadel oder allgemeiner Katzenentspannung, liegt wissen wir nicht.

Donnerstag morgen, halb 10 in Deutschland: Wettbewerb im Bürostuhl-Schnelldrehen. Heinz ist der klare Favorit — ob er den Titel gegen die Personalstelle verteidigen kann?
Donnerstag morgen, halb 10 im Weltall¹: Die Astronauten auf der ISS drehen auch etwas. Aber nicht sich selbst auf Stühlen sondern Wassertropfen um Stricknadeln. Klingt ähnlich bekloppt wie der Bürosport, sieht aber ungleich cooler aus:

http://www.youtube.com/watch?v=qHrBhgwq__Q

Direktwasserkreise

Der Spaß basiert darauf, dass Wasser ein Dipol ist — also einen elektrischen Plus- und Minuspol besitzt — und der Stab elektrisch aufgeladen werden kann. Es bildet sich ein elektrisches Feld, das die Wassertropfen zum Stab hin anzieht.

Jetzt fragt ihr euch sicher, wie kräftig man an der Erde rubbeln müsste, wenn der Mond statt der Gravitation wegen eines solchen elektrischen Feldes seine Bahnen ziehen würde. Wie gut, dass es das physikBlog gibt, wir haben nämlich genau auf diese Frage die Antwort.
Zunächst ein paar Parameter: Der Mond wiegt 7,35·10²² kg, hat einen mittleren Bahnradius von 3,84·10⁸ m und braucht für einen Umlauf 27,3 Tage. Letzteres entspricht einer Winkelgeschwindigkeit von 2,66·10^-6 rad/s. Der Mond erfährt somit eine Fliehkraft von ca. 2·10²⁰ N, also 200 EN.

Damit der Mond in einer Umlaufbahn bleibt und nicht einfach abhaut muss ihn also eine gleichgroße Kraft zur Erde ziehen. Weil wir hier von elektrischer Anziehung sprechen muss auch der Mond geladen sein — was wir der Einfachheit auf ein Coulomb setzen². Mit der Coulombkraft kommt man schließlich auf eine benötigte Ladung der Erde von 1,57·10³⁰ C. Zum Vergleich: die Ladung in einem typischen Handy-Akku beträgt etwa eine Amperestunde (Ah) was 3,6 kC entspricht. Man bräuchte also ganz grob 5·10²⁶ Handy-Akkus um eine vergleichbare elektrische Ladung zu erzeugen.

Zum Glück können wir aber auf die Gravitation zurückgreifen. Die ist etwas günstiger.

1. Der Zeitpunkt ist beliebig gewählt…
2. Bei genauerer Betrachtung induzieren natürlich die Käselöcher viel größere Spiegelladungen, aber das führt zu Wirbelfeldern die uns an dieser Stelle zu kompliziert sind. Wir bitten um Entschuldigung.

Wieviele Scrollradumdrehungen liegen zwischen der Planck-Skala und dem Hubble-Deep-Field? Go!

1. Aha.

Das Jahr 2011 haben wir mit einem pompösen Facebook-Adventskalender abgeschlossen. Kein Wunder also, dass wir im Dezemer fast nicht’s bei Facebook geteilt haben¹. Es wäre einfach untergegangen. Aber mit der Quantitätsoffensive (*hüstel*) ging es im Januar natürlich frisch weiter. Es folgen die Beiträge des letzten Monats (und ein paar Reste aus dem letzten Jahr).

• 9. Dezember: Am nächsten Dienstag (13.12.) wird es um 14:00 einen Webcast aus dem CERN (http://webcast.cern.ch/) geben, in dem ATLAS und CMS gemeinsam Ergebnisse zur Higgs-Suche vorstellen werden (http://phy.sk/km).
  In diesem Internet wird spekuliert, dass die Experimente im untersuchten 5/fb-Datensatz erste (wenn auch noch halbgare) (Vor-)Zeichen für ein Higgs bei 125 GeV zeigen könnten: http://phy.sk/kn (+Links im ersten Satz), http://phy.sk/kp.

  Wie immer sollten man solchen Ankündigungen mit der nötigen Skepsis entgegentreten, schließlich ist keiner der Schreiber in den Experimenten involviert und hat keinen Zugriff auf die Daten – aber interessant wird’s dann langsam doch.

• 13. Dezember: ATLAS und CMS sehen beide eine Überhöhung im Bereich von 124 bis 126 GeV (2,3σ bzw. 1,9σ). Um Definitiveres sagen zu können, bedarf es den Daten des 2012er LHC-Lauf.
  Nächstes Jahr um diese Zeit sind wir schlauer!

  (Merke: Die ATLAS-Frau macht Comic-Sans-Folien mit überlappenden, bunten Boxen, dafür kommt der CMS-Mensch nicht zum Punkt.)

• 29. Dezember: Ein Stop-Motion-Video über die Entstehung der Planeten unser Sonnensystems. Cool! Link

  http://www.youtube.com/watch?v=RDTgJcNaDyg

• 29. Dezember: Ein Higgs-suchender CMS-Physiker klagt mit seiner Gitarre am Tag vor dem ATLAS-CMS-Higgs-Seminar sein Leid. Link
• 2. Januar: Zwar ein Jahr alt, aber mir dennoch unbekannt: Viharts mathematische Abwandlung von »The Twelve Days of Christmas«. Link
• 3. Januar: Ein Portrait über Neil deGrasse Tyson. Link
  (Für ein hochangesehenes Wissenschaftsjournal. Just kidding.)
• 5. Januar: »The Einstein Theory of Relativity« – ein Kurzfilm von 1923 (!), der Einsteins Theorie der Allgemeinheit näher bringen wollte.
  
  (Auch interessant, die Geschichte dahinter: The Einstein Theory of Relativity)
• 5. Januar: Juchu! 900 Fans! Vielen Dank euch allen!
• 6. Januar: Formel hinmalen → LaTeX-Code bekommen. Link
• 8. Januar: Heute gibt’s in Cambridge ein Symposium zum 70. Geburtstag von Stephen Hawking (http://phy.sk/m7). In einer Stunde (14:00 unserer Zeit) sollte das Programm und damit der Livestream losgehen.
• 11. Januar: Ein Buch über Tattoos von Wissenschaftler. Hier gibt’s (mehr) Bilder dazu: http://phy.sk/mb.
• 

  papertoys.com

  Ein Shuttle zum Selberfalten. Viel Spaß!

  11. Januar: Ein Space Shuttle! Zum Falten! Link
• 13. Januar: Wo wir beim Basteln sind: Eine Saturn-V-Rakete aus LEGO, fast 6 m hoch. Link
• 13. Januar: Bei PhD Comics gibt’s heute ›alternative‹ Feynman-Graphen. Link
• 23. Januar: Wow! Das ist cool. Ein mächtiger, grafischer Taschenrechner, der im Browser läuft. Link
• 24. Januar: 1/998001 = 0,000 001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018 019… Und so weiter. Bis zur 999 (siehe z.B. http://phy.sk/mm, aber lahm). Crazy, oder?
  Hier in den Kommentaren steht, wieso das funktioniert: http://phy.sk/ml. (via Nerdcore)
• 26. Januar: Weil mindestens einer von euch die Videos noch nicht kannte: Vihart hat ihre kleine Erklärtrilogie zu den Fibonacci-Zahlen desletzt fertig gemacht. Wie immer: Tolle Videos.
  * Teil 1: http://www.youtube.com/watch?v=ahXIMUkSXX0
  * Teil 2: http://www.youtube.com/watch?v=lOIP_Z_-0Hs
  * Teil 3: http://www.youtube.com/watch?v=14-NdQwKz9w

1. Die Higgs-Meldungen konnten wir aber natürlich nicht unkommentiert lassen…

NASA / pB

HIV, Neutrinos zum Quadrat, Quantenkrams und luftige Gitterstrukturen – diese Themen stehen oben in den Listen wichtiger Wissenschaftlicher Dinge im letzten Jahr.

2011. Vielleicht erinnert ihr euch noch. Das letzte Jahr. Startete mit Feuerwerk, endete mit Feuerwerk. Aber dazwischen ist einiges passiert. Junge, junge. Nachbarin Erika von Kleinreith bekam einen neuen Hund, die Hecke von Herrn Preischer wurde so kurz geschnitten, wie seit Jahren nicht mehr (Wirtschaftskrise), und vier Sechstel sind jetzt zwei Drittel.

Zwischen den Feuerwerken ist aber noch mehr passiert, viel mehr. Wissenschaftliches zum Beispiel. Euer Lieblingsblog möchte hier zusammenfassen, was ein paar Magazine als ihre top wissenschaftlichen Durchbrüche und Ereignisse 2011 gewählt haben. Das Science Magazine ist vermutlich das bekannteste und macht daher den Anfang. Es folgen Discover Magazine und Science News. Am Ende noch das Blog io9, das ganz nach seiner Tagline einige futuristische Dinge von 2011 zu berichten hat.
Insgesamt geht es um Higgs, Neutrinos, die Kepler-Mission, HIV, Malaria, alte Zellen und das Space Shuttle. Nicht nur Physik also.

Science Magazine

Science Magazine

Das Titelthema der letzten Science 2011: Die Wissenschaftsdurchbrüche im letzten Jahr

Neben dem Breakthrough veröffentlicht Science auch die »Runner Ups«, die neun Plätze die in der Top 10 folgen.

• Hayabusa: Diese japanische Raumsonde kam 2010 spektakulär vom Asteroiden Itokawa zurück zur Erde und brachte Oberflächenstaub mit – das erste Mal überhaupt. Es gab eine Reihe von ernsthaften Problemen auf dem Flug, dennoch schlug die Rückkehrkapsel im Juni 2010 auf australischem Boden auf. Und brachte sogar auswertbares Material zurück, dessen Analysen 2011 veröffentlich wurden¹. Ein Raumfahrtthriller mit Happy End, sozusagen. Und mit Sequel, 2014 startet Hayabusa 2. [→]
• DNA-Mischung: 2011 hat sich viel bewegt, im Verständnis, wie unsere Vorfahren sich verbreitet haben. Die (für Science) wichtigsten Erkenntnisse drehen sich um DNA-Mischungen. Forscher fanden 2% – 6% Neanderthal-DNA in unserer DNA, was auf ein interbreeding² des afrikanischen Homo sapiens mit dem europäischen Homo neanderthalensis hindeutet. Etwas, was man vorher eigentlich ausgeschlossen hatte. [→] Aber das war’s noch nicht – in Asien und Ozeanien fand man noch mehr, noch andere Homo-sapiens-Vorgänger-DNA in aktuellen Erbstrukturen. [→]


Nature

Eine Feuerwerkssimulation in bunt. Oder PSII. Wir sind uns da nicht mehr so sicher.

• PSII: Sonys alte Spielekonsole ist auch bei Science angekommen. Erstmalig gelang japanischen Forschern eine Abbildung des Photosystem-2-Proteinkonplexes (PSII). Der wird in der Photosynthese benötigt, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. [→]
• Rückstände des frühen Universums: Im aktuellen Universum gibt es noch Ecken, die so sind, wie im frühen Universums. Galaktische Galápagos-Inseln, sozusagen. Hier werden zwei Studien vereint: Zum Einen beobachtete man Nebel, die aus Wasserstoff bestehen und nicht etwa aus Sauerstoff oder anderen, schwereren Elementen. Zum Anderen wurde ein Stern entdeckt, der eine stark geringere Metallkonzentration aufwies, als bisherige, bekannte Sterne. Beide Studien deuten darauf hin, dass es weiterhin Früh-Universums-Gaswolken gibt, die Früh-Universums-Sterne entstehen lassen können. [→]
• Magenbakterien: Über Magenbakterien fand man einiges neues heraus im letzten Jahr. Das wichtigste: Es gibt eine internationale Gesellschaft der Magenbakterien (IGM³). Quasi. Man stieß auf ähnliche Bakterien in Mägen, egal von welchem Fleck auf der Erde der Probehumanoid stammt. Die Magenmikroben sind abhängig von den Essensgewohnheiten, aber nicht sensitiv auf kurze Änderungen. [→]
• Malariaimpfung: GlaxoSmithKline veröffentlichte im letzten Jahr Ergebnisse einer Malariaimpfstoffstudie an 15 000 Kindern. Demnach konnten beim Einsatz des »RTS,S« genannten Mittels die Malariafälle um die Hälfte reduziert werden. Eigentlich ein ziemlich beschissenes Ergebnis für eine Impfstudie, aber es ist der erste Hinweis, dass man gegen Malaria überhaupt irgendwas impfen kann⁴. Wieviel der Impfstoff ein mal kosten wird, wenn er auf den Markt kommt, verrät GlaxoSmithKline nicht⁵. [→]


NASA / JPL

NASAs Raumsonde FUTURE sendete das erste Bild aus dem Orbit um Kepler 16b zurück. Zu sehen sind die beiden Zentralgestirne.

• Keplerismus: Wer nicht hinter dem (Erd-)Mond lebt, wird mitbekommen haben, dass es im letzten Jahr ein regelrechtes Planetengewitter gegeben hat. Alles Dank der großartigen Daten des Kepler-Weltraumteleskops. Science hebt da ein paar Spezialfälle heraus: Ein Planet mit rückläufigem Orbit (dreht sich andersrum als sein Zentralgestirn); ein Planet, der ein Doppelsternsystem umkreist; ein freitreibender Planet außerhalb eines Planetensystems⁶. [→]
• Zeolith: Diese poröse Mineralien vom Planeten Krypton aus Aluminium, Silizium und Sauerstoff konnten im letzten Jahr feiner denn je hergestellt werden. Wichtig sind sie beim Raffinieren von Öl (Katalysatoren beim Auseinanderbrechen langkettiger Moleküle) und als extrem feine Filter (Raumschiffluft, Fukushimawasser). [→]
• Seniorenzellen: Am Ende des Lebenslauf einer Zelle geht diese in Teilruhestand: Sie hört sich auf zu teilen, funktioniert aber weiterhin. Solche Altzellen sondern Chemikalien ab, die mitunter Tumore wachsen lassen können. Eine Studie an Mäusen fand heraus, dass ein Entfernen dieser Altzellen zu einem Mäuseleben führt, was zwar nicht länger, aber länger gesund ist. [→]

Über diese zehn besten wissenschaftlichen Durchbrüche 2011 hinaus hat Science auch noch ein paar »Noteworthy Scientific Developments« gewählt. Darin ist dann die Physikdichte etwas höher, geht es doch auch (endlich) um überlichtschnelle Neutrinos und Vorzeichen des Higgs-Bosons – außerdem um den EHEC-Ausbruch in Deutschland.

Discover Magazine

In verschiedenen Kategorien hat das Discover Magazine auch die »Top Stories of 2011« gewählt. Hier die Wissenschafts-Top-10⁷.

1. Überlichtschnelle Neutrinos: Ganz oben stehen hier die Neutrinos, die sich im letzten Jahr entschieden, irgendwo zwischen CERN und Gran Sasso durch Null zu teilen. Ganz egal, ob es sie nun wirklich gibt oder nicht – eine gute Story haben sie im letzten Jahr allemal hergegeben. Haben wir natürlich auch drüber geschrieben. [→]
2. Immunzellen gegen HIV: Wissenschaftlern gelang es, das Gen eines Rezeptors auf Immunzellen derartig zu verändern, dass das HI-Virus nicht mehr in sie eindringen kann. [→]
3. Kepler & NASA-Budget: Die Kepler-Mission findet viele und viele interessante extrasolare Planeten – trotzdem wird das Budget der NASA stark gekürzt. [→]


Trey Ratcliff

Auf, auf, zu letzten Weiten!

4. Goodbye, Space Shuttle: Nach dreißig Jahren und 135 Flügen ging mit dem letzten Flug der Atlantis das Space-Shuttle-Programm der NASA zu Ende. Discover verabschiedet sich. [→]
5. Ambivalenz und Fukushima: Die Atomkatastrophe von Fukushima ruft in der Welt unterschiedliche Reaktionen hervor. Manche Länder, allen voran Deutschland, verabschieden sich von der Atomkraft, manche lassen ein paar Stresstests laufen und investieren weiterhin in neue Kraftwerke. [→]
6. Naturkatastrophen: Mindestens zehn starke Unwetter gab es im letzten Jahr in den USA, die zu einem gesamten Schaden von 45 Milliarden US-Dollar führten. Auch im Rest der Welt blickt man auf einige Naturkatastrophen zurück. [→]
7. Superzellen gegen Leukämie: Innerhalb einer Immuntherapie injizierten Onkologen der Universität von Pennsylvania Leukämiepatienten ihre eigenen Immunzellen, die sie allerdings vorher zu »Superzellen« genetisch modifiziert hatten. Das Resultat: Bei vier von fünf Kranken ging der Krebs in Remission. [→]
8. Chinas Weltraumstation: Im September startete Tiangong-1, der erste Teil einer chinesischen Raumstation. Bis 2020 will man sie fertig gebaut haben – dann, wenn die ISS Ruhestand gehen soll.⁸ [→]
9. Magenmalaria: Ein Mikrobiologe der Johns-Hopkins-Universität fand im Magen sambischer Mosquitos ein Bakterium, welches die Mücke immun gegen Malaria machte. Auch in der Petrischale schlägt das Bakterium die Malaria-verantwortlichen Parasiten K.O. [→]


NASA, ESA, Z. Levay

Interessante Zeiten erfordern interessante Maßnahmen. Als der interessante GRB entdeckt wurde, hat sich die Weltraumteleskopartillerie der Galaxie zugewandt und mal ordentlich auf den Auslöser gedrückt. Hubble, Chandra und Swift. Romantisch.

10. Beim Fressen zugucken: Die NASA-Sonde Swift zeichnete einen längeren GRB, den Gammastrahlen-Ausbruch GRB 110328A auf, der aus der Mitte einer Galaxie stammte. Vermutlich hat dort gerade das schwarze Loch des galaktischen Zentrums einen Stern gefressen. Mahlzeit. [→]

Science News

Das Magazin Science News hat auch seine »Science News of the Year« gewählt. Die für physikBlog-Leser interessante Kategorien sind »Atom & Cosmos« und »Matter & Energy«.

Atom & Cosmos

1. Neutrinos: Vorneweg, wie sich das gehört, unsere tempolimitbrechenden Neutrinos. [→]
2. Urzeitsterne: Deutsche Forscher simulierten, dass das frühe Universum etwas anders ausgesehen haben könnte, als man bisher dachte. Sterne kamen nicht als einsame Einsiedler vor, sondern vielleicht in komplexen Systemen in Sterngruppen. [→]
3. Just-in-Time-Supernova: Amerikanische Astronomen der kalifornischen Palomar Sternwarte schaffen es, einen 21 Millionen Lichtjahre entfernten, Supernova-gewordenen weißen Zwerg ca. zwölf Stunden nach dessen Explosion abzulichten. [→]
4. Außerirdisches Leben: Auf Meteoriten fanden Wissenschaftler des NASA Goddard Space Flight Centers Chemikalien, die gebraucht werden, um Leben auf der Erde entstehen zu lassen. Da sie auf der Erde aber selten vorkommen, schließen die Forscher, dass sie vermutlich aus dem All stammen. Vielleicht sind wir also doch alle Aliens?⁹ [→]
5. Sonnenjets: Die 2010 gestartete NASA-Sonde »Solar Dynamics Observatory« beobachtete heiße Jets, die in die äußere Schicht der Sonne strömen. [→]
6. Goodbye, Shuttle: Auch Science News sagt Ciao zum Shuttle. [→]
7. Sonnenzyklus: Der aktuelle Sonnenzyklus ist der schwächste seit zweihundert Jahren – und vermutlich gut für unser Klima. [→]
8. Keplerismus: Die Planeten des Keplers. [→]


Die Wilson Hall des Fermilabs. Auch schön ohne TeVatron.

9. Goodbye, TeVatron: Nach 26 Jahren wurde am Fermilab in der Nähe Chicagos der größte Teilchenbeschleuniger Amerikas abgeschaltet. In Zeiten des LHCs macht es keinen Sinn, das Vorgängermodell teuer weiterzubetreiben. Die Daten aus dem Beschleuniger werden die Analyseteams der Experimente aber noch ein paar Jahre beschäftigen – sie fanden jüngst z.B. das 5,7 GeV schwere Ξ_b⁰-Baryon. [→]
10. Europas Oberfläche: Die chaotisch scheinende Oberfläche des Jupitermonds Europa könnte auf Wasservorkommen unter der Oberfläche hindeuten. [→]
11. Mars Oberfläche: Analyse von Daten von Mars Express und des Mars Reconnaissance Orbiter könnten darauf hindeuten, dass die Oberfläche des roten Planeten früher kalt und trocken war. Flüssigkeiten – und damit einhergehend die Möglichkeit für Leben – gab’s nur unterhalb der Oberfläche. [→]
12. MESSENGER: Als erste Sonde überhaupt lieferte NASAs MESSENGER Bilder aus dem Orbit um Merkur zurück. Nord- und Südpol sind gesäumt von Kratern. [→]
13. Dunkle Mikrowellen: Beobachtungen mit dem chilenischem Atacama Cosmology Telescope zeigten Fluktuationen im kosmischen Mikrowellenhintergrund, die auf dunkle Energie schließen lassen. [→]
14. Krebsnebel: Aus dem Krebsnebel stammende und vom Fermi Gamma-ray Space Telescope aufgezeichnete Gammastrahlen sind energiereicher als erwartet. Braucht man dafür eine neue Theorie? [→]


NASA

Genesis crashed.

15. Sonnen-Chemie: 2004 öffnete sich der Fallschirm der NASA-Sonde Genesis nicht, als sie zur Erde zurück kam. Sie crashte und der Probencontainer mit gesammelten Sonnenwind brach auf. Man konnte den Inhalt dennoch auswerten und 2011 endlich veröffentlichen: Die Verhältnisse von Stickstoff- und Sauerstoff-Isotopen auf der Erde unterscheiden sich zu den jeweiligen Verhältnissen auf der Sonne. [→]
16. Neue Supernova: Am Caltech konnte man sechs Supernovae beobachten, die vermutlich zu einer neuen Klasse von Supernovae führt. Sie strahlen insbesondere im Ultravioletten und scheinen kein Wasserstoff zu besitzen. [→]
17. Inspector Spacetime: Die bewegte und dramatische Geschichte um die Raumsonde Gravity Probe B führte endlich zu einem Ergebnis: Das Gravitationsfeld der Erde verdrillt die Raumzeit in Erdnähe. Allerdings konnte man das Ergebnis nicht mit der gewünschten Präzision erreichen. Zeit und Geld fehlten. [→]
18. Higgs: Am LHC fand man Anzeichen des Higgs-Bosons, die sich 2012 entweder in heiße Luft oder ein heißes Teilchen verwandeln werden. [→]

Matter & Energy

1. Quantenmechanik via Informationsansatz: Kanadische und italienische Wissenschaftler leiteten die Regeln der Quantenmechanik über neue Informationsansätze ab. Lösungen für Probleme der klassischen Quantenmechanik ergaben sich, vielleicht sogar einmal die Vereinigung von Quantenmechanik und Gravitation.¹⁰ [→]
2. Metazeitreise: Zeitreise in Metamaterialien ist nicht möglich. Sorry. Vermutlich sind ein paar Metamaterialien von Zeitreise-Early-Adopters bald bei eBay zu finden. [→]
3. Mannigfaltige Unsichtbarkeit: Harry Potter ist neidisch. Wissenschaftler versteckten Objekte optisch [→] und zeitlich [→] und vor der Detektion durch Licht [→] und Schall [→].
4. 

   Bernard Aufray, Hamid Oughaddou

   Ein einlagiger Bienenstock.

   Einlagiges Silizium: Ähnlich wie bei Graphen, gelang es Wissenschaftler zweidimensionales Silizium, sogenanntes Silizen¹¹, wachsen zu lassen. Zwar von der Produktion her nicht so cool wie Graphen (Klebeband!), dafür ist Silizium ein industrieerprobtes Material und vergleichsweise günstig. [→]
5. Zinksex: Man stellte fest, dass eine Mauseizelle kurz nach der Befruchtung mit der Ausschüttung von Zink die embryonale Entwicklung startet. [→]
6. Wellenfunktion: Erstmals konnten kanadische Wissenschaftler eine Wellenfunktion eines Photons im Labor direkt messen. Take this, Heisenberg. [→]
7. Atomtronik: Wissenschaftler kontrollierten den Fluss einzelner Atome in einem ultrakalten Gas – ein Schritt Richtung Atomtronik anstelle Elektronik. Das gibt dem gebuzzworteten, neuen Feld erstmals praktische Bedeutung, existieren die Pläne für atomtronische Analogons zu elektronischen Komponenten doch bisher nur auf dem Papier. [→]
8. Wasserstoffbild: Erstmals fotografierte man ein einzelnes Wasserstoffatom. Es war gerade beim Einkaufen. [→]
9. Magnetischer Strom: Englische Physiker konnten Nord- und Südpol eines Magneten trennen und als eine Art Strom durch einen Kristall fließen lassen. Hallo Magnetrizität. [→]
10. Rotations-Umkehr-Symmetrie: Eine neue Art von Symmetrie wurde entdeckt – »rotational-reversal«. [→]

io9

HRL Laboratories

Forscher züchten eine neue Pusteblumenart, die im oberen Drittel aus ultraleichten Metallgittern besteht.

• Ultraleichte metallische Mikrogitter: Kalifornische Forscher formten ein metallisches Stück, das mit einer Dichte von weniger als einem Milligram pro Kubikzentimeter noch leichter ist als Aerogele. Beste Lagermöglichkeit: Auf Pusteblumen. [→]
• Bidirektionale Prothesen: Man entwickelte ein Gehirnimplantat, was nicht nur Informationen senden kann (z.B. an eine mechanische Prothese), sondern auch Informationen empfangen und ans Gehirn weiterleiten kann. WoW 2022 wurde soeben wesentlich spannender. [→]
• Vesta: Die NASA-Sonde Dawn erreichte Vesta, mit 500 Kilometer Durchmesser der zweitgrößte Körper des Asteroidenhauptgürtels, und machte Fotos. [→]
• Keplerismus: Gab’s letztes Jahr auch bei io9. Insbesondere: der NASA-gehypte Tatooine-Planet mit zwei Sonnen [→]; zwei erdgroße Planeten [→]; Vervierfachung des bekannten Planetenbestands; Kepler-22b, der bisher erdähnlichste Planet out there [→].
• Nanogeneratoren: Wissenschaftler des Georgia Institute of Technology¹³ bauten Halbleiterfilmchen, die Körperbewegungen in Elektrizität umwandeln. Das iPhone 8N kommt mit stylischem Ganzkörpernanogeneratoranzug, hörten wir aus gut unterrichteten Kreisen. [→]
• Gehirnbilder: Berkeley-Forschern gelang es, durch Analyse von Gehirnaktivität die vorgestellten Bilder digital darzustellen. Noch etwas unscharf, aber man kann durchaus die den Probanden vorgelegten Bilder erkennen. Crazy. [→]
• Historische Malerei: In Afrika fanden Archäologen aus Johannesburg 100 000 Jahre altes Equipment zum Malen. Bisher vermutete man, Menschen hätten erst vor 40 000 Jahren begonnen, komplexere Dinge zu malen. [→]
• Gamer against HIV: Computerspieler von »Foldit« entfalteten innerhalb von drei Wochen die Struktur eines HIV-Enzyms, an dem sich Forscher seit zehn Jahren die Zähne ausbissen. »Mom, stop bugging me, I’m curing AIDS!« [→]


Like_The_Grand_Canyon

Man fand historisches Werkzeug. Dieses ist Keines.

• Historische Landflucht: Bei Ausgrabungen in den Arabischen Emiraten fand man Werkzeug was darauf hindeutet, dass unsere Vorfahren bereits vor 125 000 Jahren begannen, von Afrika in die weite Welt hinauszuziehen – und nicht erst vor 65 000 Jahren. [→]
• Neanderthalüberreste: Hatten wir ja schon – Leipziger Genetinker fanden Neanderthal-DNA im Homo sapiens. Insgesamt also einige neue Erkenntnisse, die die Evolution des Menschen vom bisherig vermuteten Schema abgelenkt haben. [→]
• Gehirnchip: IBM stellt einen Chip vor, der wie ein Gehirn aufgebaut ist. [→]
• Mars Science Laboratory: Mit dem Mars Science Laboratory startete im November ein wissenschaftliches Ungetüm ins All Richtung Mars. Die Landung des Rovers dieses Jahr auf dem Mars wird so crazy; wenn das mal gut geht… [→]
• Durch die Wand: MIT-Menschen erfanden ein Gerät, das ein Echtzeit-durch-die-Wand-gucken ermöglicht. [→]
• Tattoo-Sensoren: Amerikanische Ingenieure bauten flexible Sensoren, die wie Tattoos auf der Haut auflegen und Krams messen. [→]
• Mausverjüngung: Hatten wir schon – das Entfernen von alten Zellen aus Mäusen lässt diese länger gesund bleiben. [→]
• Kunst-H5N1: Im Labor wurde verschiedene, hochansteckende H5N1-Versionen entwickelt, die zu einer Kontroverse über die Veröffentlichung von wissenschaftlichen Ergebnissen führten. [→]
• Higgs: Endlich, auch bei io9, die Vorzeichen für eine mögliche Higgs-Entdeckung dieses Jahr. [→]
• Neutrinos: Ein Blog, was sich dauernd mit Zeitreise beschäftigt, hatte natürlich auch die überlichtschnellen Neutrinos im 2011-Programm. [→]

Et Cetera

Bei LiveScience hat man auch »11 Biggest Science Stories 2011«, eine kommentierte Bilderstrecke. Dort geht’s um sozialwissenschaftlich untersuchten Einfluss der Wirtschaftskrise in den USA, um eine Bakterium auf Melonen, was dreißig Amerikaner umgebracht hat, um das Space-Shuttle-Programm, H5N1-Mutationen, Fukushima, Neutrinos, Kepler, Neanderthal-DNA, Higgs, amerikanische Unwetter – und um das erste Ozonloch über der Arktis sowie den (zweit)eisärmsten Sommer seit Messungsbeginn.
Bei TheWeek gibt’s noch was, bei Ranker und bei PopSci, wobei letzteres entgegen des Namens keine wissenschaftlichen Sachen enthält.

2011 ist wissenschaftlich gesehen einiges passiert. Puh.

1. U.a. fand man heraus, dass der Asteroid aus dem gleichen Material besteht, wie übliche Meteoriten.
2. »Kreuzung« klingt in dem Zusammenhang so doof.
3. Nicht zu verwechseln mit dieser Gewerkschaft da.
4. Nicht zu verwechseln mit der Malariaprophylaxe, die zwar auch gegen Malaria schützt, aber nur sehr kurzfristig wirkt und ständig aufgefrischt werden muss.
5. Die Forschung wurde übrigens von der Bill and Melinda Gates Foundation mit 200 Millionen US-Dollar bezuschusst. Wow.
6. Dessen Entdeckung übrigens zu einer radikalen Neueinschätzung der Anzahl der Planeten im Universum führte.
7. Zusammengestellt von mir: Über alle interessanten Wissenschaftskategorien hinweg, ohne Stories aus den anderen, blöden Nichtwissenschaftskategorien.
8. In diesem Zusammenhang: Man vermutet die chinesische Raumstation als Spionage-Missionsziel für das Air-Force-Mini-Space-Shuttle X-37B.
9. Ob die Mayas das auch wussten?
10. Keepin’ Quantum Physics the craziest shit since 2011.
11. Das deutsche Wort fand ich nirgends, Englisch ist »Silicene«.
12. Was ja auch die Tagline von io9 ist. Trotzdem.
13. GIT. Hihi.

Tony Piro

Physiker sind ja in allen anderen Wissenschaften allgemein bekannt als Player. Als Draufgänger. Während andere Professionen noch die Laborratte zur Untersuchung auf den Tisch legen, haben die Physiker längst ihr Strahlrohr ausgepackt, kurz vorbeschleunigt und dann den Beam injiziert. Haben das sichtbare Spektrum untersucht und die Lieblingslinie spektroskopiert. Die Sputterkammer angeschmissen. Das Radioteleskop ausgerichtet¹.

Wir könnten stundenlang so weiter machen. Wie bereits im Comic oben erkennbar, physikalische Euphemismen sind außerordentlich großartig.

Aber jetzt ihr.
Packt eure besten physikalischen Euphemismen in die Kommentare.
Für den Notfall erlauben wir übrigens auch anonyme Kommentare.

via Florian auf Twitter

1. Take this, Florian.

Mit Kreide und hundert Jahren Riesenrohdiamanten kriegt man schon einiges hin…

Eine Stunde lang einmal quer durch das (Grund-)Lehrbuch. »Einführung in die Physik« mit bunten Experimenten und britischen Comedy-Stars¹.
Lohnt sich. Allein schon wegen dieses Anti-Eso-Satzes am Anfang: »And physics is usually done by people without star-signs tattooed on their bottom.«

http://www.youtube.com/watch?v=4f9wcSLs8ZQ

YouTube-Direktstarnightexpress

via Misterhonk

1. Von denen man in Deutschland wohl keinen kennt, außer Simon Pegg. Ich jetzt zumindest.

NASA

Ein Käsesystem, in dem sich die Welt um einen großen Klotz Käse dreht. Klingt komisch, Käse geht aber immer.

Es muss wieder mehr Beiträge geben. Und wieder mehr Quatsch! Und natürlich mehr physikBlog. In diesem Sinne: Projekt Quantitätsoffensive im physikBlog ist initialisiert!

Starten wollen wir mit einem Gedanken, den vermutlich alle von euch schonmal beim Käsefondue an Silvester gehabt haben: Was wäre, wenn wir die ganzen vielen kleinen Kalorien mal für etwas sinnvolles nutzen würden und unser Sonnensystem mit einem Kubiklichtjahr¹ Käse betreiben? Also nach dem Motto »Käse statt Sonne!«²
Mike Hoye hat sich das auch gefragt und in seinem Blog mal ein bisschen rumgerechnet. Und weil das so schön passt, hier das Vollzitat:

According to Wolfram Alpha, there are 2.9 x 10^6 dietary calories in a cubic meter of cheese, 142829% of your recommended daily caloric intake.

Furthermore, there are 8.468×10^47 cubic meters in a cubic light year. From this, we can conclude that there are 2.455 x 10^54 dietary calories in a cubic light year of cheese.

According to NASA the sun produces 3.8 x 10^33 ergs/sec or roughly 3.8 x 10^26 joules/sec. Over the course of a year that adds up to approximately 6.065 x 10^37 joules of energy.

One dietary calorie or “kilocalorie” equals about 4180 joules. Doing the math we conclude it will take 1.7 x 10^20 years for our sun to generate the same amount of energy as a cubic light year of cheese.

Be warned, however, that at 977 kilograms per cubic meter, or 8.27 × 10^50 kilograms per cubic light year, the Schwarzchild Radius of a cubic light year of cheese would be 1.23 × 10^24 meters, significantly greater than the 9.46 x 10^15 meters in a light year. From this we can conclude that a cubic light year of cheese, should that somehow manifest itself, will immediately collapse into a black hole.

So while you would think a cubic light year of cheese would be the obvious choice over the sun, if you are presented with a choice between them, the numbers suggest you would be far better off choosing the sun.

These numbers assume cheese of approximately constant density. Swiss cheeses require much more sophisticated modelling.

(via nerdcore)

Solltet ihr bei der Silvesterknallerei dann auf den Gedanken kommen, dass man das ganze ja auch mit Sprengstoff machen könnte: klar. Ihr braucht nur 2,4 · 10⁴⁴ Tonnen TNT, um die gleiche Energiemenge produzieren zu können wie ein Kubiklichtjahr Käse. Das entspricht dann einer Kugel mit einem Durchmesser von 0,07 Lichtjahren. Immerhin etwas kompakter als der Käse.

1. Das ist zwar etwas größer als die Ausdehnung des Sonnensystems, aber die Zahl ist so schön rund…
2. Oder auch: »Sag JA zur Käsesonne!«

OSUBeaver13

Der physikBlog-Adventskalender 2011 (Codename pB.AK.2011) beschäftigt sich mit tollen Konstanten, Einheiten und Zahlen.

Traditionell versüßt das physikBlog euch die letzten vierundzwanzig Tage vor dem Weihnachtsfest mit einem Adventskalender. Dieses Jahr gab’s von uns pro Tag einen Beitrag auf Facebook, in dem wir euch Konstanten, Einheiten und interessante Zahlen vorgestellt haben, die von komplexen Algorithmen aus der Schweiz ausgewählt wurden.

Weil wir total für Befreiung sind, haben wir unsere Beiträge aus den Klauen des Facebookkraken geholt und sie hier zusammengefasst. Damit auch die Aquarier etwas davon haben, wenn sie am 21.12.2012 auf die Erde zurückkommen werden und als erstes Facebook vernichten.

Inhaltsverzeichnis:
01. 02. 03. 04. 05. 06. 07. 08. 09. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.

1. Dezember: T₀ – Absoluter Nullpunkt

T₀= 0 K = -273,15 °C ist die tiefste Temperatur, die man sich so denken kann. In der Nähe dieser Temperatur findet keine Bewegung mehr von Molekülen statt und alles ist ruhig. Selbst Katzenbabys halten hier für das Foto still.
T₀ kann prinzipiell nicht erzeugt werden (selbst der Grundzustand von Atomen hat noch Energie), aber man kann sich immer weiter annähern. Die minimalste, von Menschenhand erzeugte Temperatur ist im Moment 0,0000000001 K (100 Picokelvin). [↫]

2. Dezember: AE / pc – Astronomische Einheit / Parsec

1 AE = 149 597 870 691 m. Die krumme Zahl ist die »astronomische Einheit« und kommt zustande, weil es ungefähr der 4000-fache Äquatorumfang der Erde ist. Nein, Quatsch. Das ist der mittlere Abstand zwischen Erde und Sonne.
Dass man die AE nutzt klingt erstmal ziemlich bekloppt, ist aber für allerlei Entfernungsangaben in unserem Sonnensystem recht praktisch. So kann man sich z.B. gut vorstellen, wie weit der Jupiter im Mittel von der Sonne entfernt ist. Nämlich 5,2 AE.

Möchte man zum Café am Ende des Universums, dann reicht die AE nicht mehr aus. Das gibt nur unnötige Papierverschwendung im Reiseführer. Man nimmt dann eher ein »Parsec«: 1 pc = 0,857 · 10¹⁵ m.
Oder in vorstellbar: Stellt euch eine Weltraumkatze vor (die grünen, nicht die blauen; die blauen sehen so ungesund aus), die ganz weit von der Erde entfernt ist. Ihr Blick ist auf die Sonne gerichtet. Wenn sie sich jetzt um eine Bogensekunde (der 3600. Teil eines Grads) drehen muss, damit ihr Blick zur Erde gerichtet ist, ist sie ein Parsec von hier entfernt.
Mit anderen Worten: ein Parsec ist der Abstand, bei dem eine Astronomische Einheit eine Bogensekunde einnimmt.

Crazy, was?
(Dieses physikBlog, ne? Verlässt schon am zweiten Tag die Konstanten und geht zu Einheiten über. Diese Hipster.) [↫]

3. Dezember: G₆₄ – Grahams Zahl

G₆₄ bezeichnet die Zahl, die ganz allein Ronald Graham gehört. Sie ist die größte, jemals in einem mathematischen Beweis verwandte Zahl. Sie ist sogar größer als 3 (und 4!). Und sie ist vor allem eins: ziemlich bekloppt zum Vorstellen!

Graham wurde eines Morgens wach, hatte ein Jucken im Zeh und dachte sich: »Hey, mein Kind spielt immer mit einem n-dimensionalen Hyperwürfel, bei dem alle Kanten entweder rot oder blau sind. Ob man darin wohl einen Teilgraphen in einer euklidschen Ebene finden kann, in dem alle sechs Verbindungen der Ecken [Anm.: die Diagonalen sind auch Verbindungen] die gleiche Farbe haben?« Es galt das kleinste n zu bestimmen, für das diese Frage bejaht werden kann.

Und das gilt es immer noch, denn bisher hat man nur Grenzen gefunden. Die grahamsche Zahl ist eine davon, eine obere, um genau zu sein.
Sie ist so groß, dass man sich erstmal eine Methode ausdenken muss, mit der man sie überhaupt darstellen kann. Prinzipiell geht’s dann darum, Potenzen von 3en rekursiv auszudrücken. Man beginnt mit 3^3, was man noch mit dem Taschenrechner locker auf 27 bringt. Weiter geht’s mit 3^^3, was 3^(3^3) entspricht. Ein etwas größerer Taschenrechner rechnet das zu 7625597484987 um. 3^^^3 ist dann 3^^(3^^3). Und schon hat euer Taschenrechner Probleme.
Und Grahams Zahl? G₆₄ = 3^^…^^3, wobei das ^-Zeichen so oft da steht, wie die Zahl groß ist, die aus G₆₃ kommt. Und G₆₃ hat das ^-Zeichen G₆₂-mal da stehen. Das geht runter bis zu G₁, wo mit 3^^^^3 unsere lustige Reihe beginnt.
Nur mal so: würde jede Ziffer von G₆₄ das kleinste physikalisch sinnvolle Volumen (Planck-Volumen) besetzen, unser Universum wäre immer noch zu klein für die Zahl.

Vielleicht habt ihr jetzt eine ungefähre Vorstellung, WIE groß G₆₄ ist. [↫]

4. Dezember: e – Elementarladung

e = q₀ = 1,602·10^-19 C ist die elektrische Elementarladung. Es ist die kleinste Ladungseinheit, die in freier Wildbahn vorkommt und wird z.B. von einem Elektron getragen.
Mit der elektrische Ladung verbindet man vielleicht spontan erstmal den Strom aus der Steckdose, aber sie spielt eine noch viel grundlegendere Rolle: sie ist der Grund, dass die elektromagnetische Kraft funktioniert. Und die ist ja bekanntermaßen eher eine wichtige Kraft (mindestens die viertwichtigste!): Sie sorgt für Interkation in und mit Atomen und lässt schließlich aus Atomen Moleküle entstehen. Und weil das Photon ihr Austauschteilchen ist, ist die elektromagnetische Kraft auch für das Licht zuständig. Ohne sie würde der Tisch kein Tisch bleiben, wenn ihr mal wieder mit dem Kopf drauf haut, sondern Kopf und Tisch würden verschmelzen¹.
Ist also schon ganz praktisch, diese Elementarladung.

Bonustrack: Teilchenphysiker wissen natürlich, dass es auch Teilchen mit krummer Ladung gibt, nämlich die Quarks. Die haben ⅓-Einheiten der elektrischen Ladung, kommen aber nicht alleine (»nackt«) in der Natur vor, sondern nur in Kombinationszuständen. Der bekannteste von ihnen: Das Proton. Und da sind wir dann auch wieder bei einer ganzzahligen Ladung und das Universum ist gerettet. Puh. [↫]

5. Dezember: S₀ – Solarkonstante

S₀ = 1367 W/m² bezeichnet die Solarkonstante. Das ist der Wert, mit dem die Erde von der Sonne mit Energie bestrahlt wird (daher auch manchmal S₀ = E₀). Um es genau zu nehmen: Pro Sekunde treffen auf ein Quadratmeter Erde 1,3 kJ Energiephotonen (Pew, pew, pew!). Man mittelt dabei über den wechselnden Erde-Sonne-Abstand (ändert eh nicht viel) und lässt der Einfachheit halber Atmosphäreneffekte außen vor.
Bei gutem Wetter und dem physikBlog-Idealenergieumwandler™ könntet ihr euren Fön an euren Heimatquadratmeter anschließen und euch den lieben langen Tag fönen. Ein Traum wird wahr.
Nimmt man den Wert der Solarkonstante und multipliziert ihn mit einer halben Erdkugel, stellt man fest, dass ca. 174 Petawatt Sonnenlicht die Erde beglücken. Mehr als 10.000 Mal soviel, wie die Menschheit momentan Energie verbrauchen.

Übrigens ist das längst nicht alles, was von der Sonne auf die Erde kommt. Dabei sind z.B. auch ganz viele Protonen, die die Atmosphäre so lustig zum Leuchten bringen. Oder Neutrinos… etwa 100 Milliarden pro Sekunde und Quadratzentimeter. Aber keine Angst, die sind harmlos. Die wollen nur spielen. [↫]

6. Dezember: c₀ – Lichtgeschwindigkeit

c₀= 299 792 458 m/s. Oder 3 · 10⁸ m/s. Oder 300 000 km/s. Wir sind da flexibel.
Jedenfalls: Mit dieser Geschwindigkeit bewegt sich Licht im Vakuum fort. Immer mit c₀. Egal ob man eine Taschenlampe im Bett einschaltet oder auf einer Rakete das Fernlicht – addiert wird da nichts. Die Lichtgeschwindigkeit ist konstant. Und nichts ist schneller als das Licht².
Überlegt hat sich das vor ein paar Jahren Onkel Einstein in seiner speziellen Relativitätstheorie.
Was viele nicht wissen: Das gilt für’s Vakuum. Bewegt sich Licht in anderen Materien (Glas, Wasser, Katzen), findet man durchaus andere Teilchen, die sich dann schneller bewegen als das Licht in diesen Medien. Die senden dann eine spezielle Art von Licht, nämlich Tscherenkow-Licht, ab. Ist ziemlich gut vergleichbar mit dem Überschallknall von Flugzeugen.
Fun fact: Der Wert der Lichtgeschindigkeit wurde festgesetzt. Warum, wie, weshalb und wofür, das erfahrt ihr morgen. [↫]

7. Dezember: m – Meter

1 m. m, wie Meter, maskulinum. Das ist eine SI-Einheit, also so ein Grunddings, auf das alle anderen Einheiten aufbauen.
Ein Meter ist definiert als der Weg, den das Licht (siehe gestern) im Vakuum in einem 299 792 458sten Teil einer Sekunde zurücklegt. Das hat man 1983 so festgelegt, damit man nicht irgendwelche Urmeter als Referenz hat, deren Länge sich mit der Zeit ändern oder die gar kaputt gehen, weil die Hauseule sie vom Tisch wirft. Das Urmeter selber wurde 1793 in Frankreich festgelegt und ist der zehnmillionste Teil der Strecke vom Äquator zum Pol. An diesem Wert hat sich bis heute vom Ziel her auch nicht’s geändert, einzig die Art und Weise, wie das eine Meter definiert ist, wurde modernisiert und von der (veränderlichen) Referenzgröße entkoppelt.

Da der Meter über die Lichtgeschwindigkeit definiert ist, ändert eine genauere Vermessung der Lichtgeschwindigkeit nicht diese, sondern den Wert des Meters. Tricky, was? (Aber wir sprechen hier von kleinen Veränderungen. Der Weg zur Mensa bleibt da leider gleich. Sorry.) [↫]

8. Dezember: Φ – Goldener Schnitt

Φ ≈ 1,618. Aber um genau zu sein: Φ = (1+√5)/2. Das ist der goldene Schnitt, vielleicht die coolste Zahl unserer Reihe, mit Sicherheit allerdings eine riesige Verschwörung.

Wir könnten ganze Facebooks über die Herausragendheit dieser Zahl füllen, daher hier nur die wichtigsten und coolsten Fakten dazu.

Zwei Zahlen stehen im Verhältnis des goldenen Schnitts zueinander, wenn sich die kleine so zur großen verhält, wie die Summe der beiden Zahlen zur großen. Entsprechend strebt das Verhältnis zweier aufeinander folgender Zahlen der Fibonacci-Reihe (»Die nächste Zahl ist die Summe der aktuellen und der vorherigen Zahl.«) auch immer mehr zum Wert des goldenen Schnitts.
Dinge, die im goldenen Schnitt angeordnet sind, gelten allgemein als ästhetisch. In der Fotografie setzt man Objekte häufig nach der Regel des goldenen Schnitts ins Bild und Gemälde sind oft (und oft unabsichtlich) ungefähr anhand des goldenen Schnitts aufgeteilt – man findet ihn z.B. haufenweise in der Mona Lisa. Ja, sogar euer 16:10-Bildschirm hat goldschnittige Seitenverhältnisse!
Auch in der Natur kommt der goldene Schnitt vor, wie Schneckengehäuse im Garten: Bei Tannenzapfen, Blüten, Rosen… Er ist überall. Und er ist immer. Mindestens schon seit 2300 Jahren macht er die Verhältnisse unsicher.

Der goldene Schnitt kann also eigentlich gar nichts anderes sein, als eine riesige Verschwörung. 1,6-Mal so groß wie die Mondverschwörung. Mindestens. [↫]

9. Dezember: N_A – Avogadro-Konstante

N_A = 6,022 · 10²³/mol. Die Avogadro-Konstante. Sie gibt an, wieviel Atome oder Moleküle sich in der Stoffmenge befinden, die man »Mol« nennt. Linda de-? Nein. Das ist nur eine seltsame, chemische Maßeinheit³.

Würde man sagen, man hat ein Mol Katzen im Haus, dann bräuchte man ein ziemlich großes Haus. Nämlich eins für ca. 602 Trilliarden Katzen! Warum sollte man sich also so eine bekloppte Zahl merken? So viele Katzen gibt’s doch gar nicht⁴!
Aber Katzen sind keine Atome (ooh!). Atome sind kleiner. Und im atomaren Bereich sind 10²³ gar nicht mehr so viel.
Packt man nämlich 6,022 · 10²³ Kohlenstoff-12-Atome in den Futternapf, hat man zum einen ein Mol und das ist im Grundzustand exakt 12 Gramm schwer. Exakt deshalb, weil N_A entsprechend so definiert ist, dass das so schön aufgeht.

In diesem Zusammenhang sei auch noch die atomare Masseneinheit u erwähnt, wobei 1 u = 1,661 · 10^-27 kg ist. Das ist zufälligerweise genau 1/12 der Masse eines Kohlenstoff-12-Atoms. Oder näherungsweise etwa soviel, wie ein Proton oder Neutron wiegt. Wenn ihr also einen Atomkern mit 16 Kernbausteinen habt, ist der etwa 16 u schwer.

Merkt ihr was? Kohlenstoff-12. Überall. Auch in euch! Und allen anderen organischen Verbindungen. Schon wieder so eine Verschwörung… [↫]

10. Dezember: Lj – Lichtjahr

1 Lj = 9,461 · 10¹⁵ m. Das Lichtjahr. Steht nicht im Zeichen des Hasens. Ist auch nichts Esoterisches. Nein, nein. Das Lichtjahr ist die Entfernung, die Licht innerhalb eines Jahres zurück legt.
Intuitive Benennung, was? Immerhin ist es logisch, wenn man sich die Erklärung dazu ins Gewissen ruft. Trotzdem führt es häufig dazu, dass besonders lange Zeiträume mit Lichtjahren beschrieben werden. Das wäre dann aber so, wie »mein Panda ist fünf Meter alt«.

Die Einheit des Lichtjahres hat aber trotzdem ihre Daseinsberechtigung. Wer würde sich z.B. merken können, dass unsere Galaxie⁵ einen Durchmesser von ca. 900 Exameter hat? Eben. 100 000 Lichtjahre klingt gleich viel besser. Und man weiß auch direkt, wie lange das Licht für eine Durchquerung braucht.

Kleinere Zeiteinheiten mit »Licht« gibt’s auch. Zum Beispiel die Lichtsekunde: Die Strecke, die das Licht in einer Sekunde zurücklegt. Wer im Adventskalender aufgepasst hat, weiß, wieviel das ist – nämlich etwa 300 000 km. Von der Erde bis zum Mond sind es demnach etwas über eine Lichtsekunde (1,3 Ls im Mittel).

Übrigens: 1 Lj = 0,3 Parsec. Ist also ziemlich ähnlich, wobei Parsec im wissenschaftlichen Umfeld eher genutzt wird. Aber das dauert immer so lange zum Erklären. [↫]

11. Dezember: Googol

1 Googol = 10000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 000000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 = 10¹⁰⁰. Eine Eins, gefolgt von 100 Nullen. Man könnte nach deutscher Nomenklatur von Zahlen auch zehn Sexdezilliarden dazu sagen, damit verschreckt man aber nur Nachbars Katze.

Im Gegensatz zu Grahams Zahl kann man sich das Googol noch halbwegs vorstellen, auch wenn es schon größer ist, als alle Atome im sichtbaren Universum (~10⁸⁰). Dafür braucht man also nicht erst das Konstrukt von Grahams Zahl. Sollte man doch mal etwas haben, wofür das Googol noch nicht ausreicht, kann man es auch erweitern: 10^Googol ist ein Googolplex, 10^Googolplex ist ein Googolplexplex und so weiter. Das Googol ist also ein bisschen wie ein erfolgreiches Gesellschaftsspiel.

Der Begriff stammt aber nicht aus der Unterhaltungsindustrie sondern wurde vom Neffen des Mathematikers Kassner erfunden. Sechzig Jahre später adaptierte eine Suchmaschine ihn – als Ansage, wieviele Ergebnisse man plane, in den Index aufzunehmen. Davon sind sie aber noch ein bisschen entfernt. [↫]

12. Dezember: H₀ – Hubble-Konstante

H₀ ≈ 70 km/(s · Mpc). Die Hubble-Konstante. Eine unscheinbare Zahl, aber ziemlich entscheidend im Verständnis darum, wie unser Universum funktioniert – beschreibt sie doch die Expansionsrate des Universums.

Dass das Universum expandiert weiß man, weil das Licht entfernter Sterne rötlicher erscheint, als man es erwarten würde. Die Verschiebung ins Rote ist wie der akustische Dopplereffekt⁶, nur eben für Licht. Er deutet darauf hin, dass sich diese röteren Sterne von uns wegbewegen, und zwar umso stärker, je weiter sie von uns entfernt sind.
Die heute gebräuchliche Erklärung dafür ist, dass sich alles im Universum auseinander bewegt⁷. Und wie schnell es das tut, beschreibt die Hubble-Konstante, die vom Astronom Edwin Hubble erstmals sinnvoll eingeführt wurde.

Übrigens ist eine direkte Konsequenz aus der Expansion, dass das Universum irgendwann einmal⁸ in einem Punkt komprimiert gewesen sein muss. Tadaaa: Urknall! [↫]

13. Dezember: e – Eulersche Zahl

e = 2,718281828459… . Die Eulersche Zahl. Hat nichts mit Eulen zu tun, sondern mit Leonhard Euler. Ist trotzdem ziemlich knuffig, wenn es um exponentielle Rechnungen geht. Sie bildet nämlich die Grundlage der Exponentialfunktion f(x) = e^x und ist die Basis des natürlichen Logarithmus ln(x). Spaßgarant für jede Differenzialgleichung.
Erstmals in Erscheinung getreten ist die Zahl im 17. Jahrhundert. Ein paar Jährchen später hat dann Euler erkannt, wie crazy sie ist. Und benutzte »e«.
Die Exponentialfunktion hat nämlich etwas ganz besonderes an sich: an jedem Punkt ist die Steigung genau so groß wie ihr Funktionswert. Mit anderen Worten: e^x nach x abgeleitet ist e^x. Und weil sie so einfach abgeleitet werden kann, ist sie bei ganz vielen physikalischen Problemstellungen eine gern gesehene Lösung. Man macht sich schließlich das Leben nicht unnötig kompliziert.

Zurück zu e als Zahl: Ungefähr eine Billion Nachkommastellen von e sind bekannt. Dahinter kommen aber noch einige (ca. ∞, um genau zu sein) – die Zahl ist irrational (und transzendent) und lässt sich nur durch Folgen und Grenzwerte darstellen.

Eine praktische Anwendung zur Eulerschen Zahl: Eine Menge (ziemlich fauler) Feldhasen erhöhe ihren Populationsbestand pro Jahr um 100%. Hasenzählung sei am 1.1.
Die einfachste Faulhasmenge »ein einzelner Hase« ist Neujahr dann auf zwei faule Hasen angewachsen. Was aber, wenn sich die Feldhasen zwei Mal im Jahr zu 100%/2 vermehren? Während der zweiten Hälfte des Jahres hätte der halbe Faulhase ebenfalls Zeit, sich mit anderen Faulhäsinnen zu vergnügen. Oder wenn sich die Hasen vier Mal im Jahr zu 100%/4 vermehren? Oder zwölf Mal im Jahr zu 100%/12? Oder 365 mal im Jahr zu 100%/365? Oder… ihr versteht, wie der Hase läuft. Der Hasenbestand jedenfalls geht gegen das 2,718-fache der Anfangspopulation.
Oder mit anderen Worten: Hasen sind e-fach. [↫]

14. Dezember: kg – Kilogramm

1 kg. Das Kilogramm. Genauso wie das Meter eine SI-Einheit, auf der andere Einheiten aufbauen. Interessanterweise hat es schon einen Vorsatz für Maßeinheiten, das Kilo (= 1000). Dass trotzdem nicht 1 g die SI-Einheit ist, liegt im Bezug zur Realität: 1 kg ist recht einfach genau zu messen, 1 g schon etwas schwieriger.

Das Kilogramm ist nämlich die einzige SI-Einheit, die noch per Prototyp festgelegt ist. Das heißt irgendwo⁹ existiert ein Klotz, dessen Masse man auf 1 kg definiert. Punkt. Alle anderen Massen werden letztendlich im Vergleich dazu gemessen (»Mein Plüschteddy führt zu einem exakt gleichen Waagenausschlag wie das Urkilogramm. Mein Plüschteddy wiegt ein Kilogramm. Und ist unbequem.«).

Aus Prinzip und weil das Urkilo langsam an Masse verliert (wahrscheinlich tritt Wasserstoff aus dem Platin-Iridium-Block aus) gibt es aktuell Bestrebungen, das Kilogramm ähnlich wie die anderen Messgrößen über Fundamentalkonstanten zu definieren. Aber daran arbeitet man noch.
Das physikBlog schlägt vor: Das 10¹²³-fache des Strahlungsdrucks einer durchschnittlichen Sternschnuppe aus den Perseiden bei sternklarer Ostseenacht. [↫]

15. Dezember: h – Plancksches Wirkungsquantum

h = 6,6 · 10^-34 Js. Man nennt es das Plancksche Wirkungsquantum. Manchmal teilt man es auch durch 2π, macht einen Strich durch das h und nennt es »h-quer« – aus quantenphysikalischen Faulheitsgründen.

h ist eine der bedeutungsvollsten Konstanten, vereint es doch den Aufbruch in eine gesamte neue physikalische Epoche in nur einem Buchstaben. Das muss man erstmal schaffen¹⁰!
Um 1900 ging es darum, dass Teilchen und Wellen nicht so unterschiedlich sind, wie man bisher dachte. Man diagnostizierte den Dualismus von Welle und Teilchen und hatte die wichtige Erkenntnis, dass in der Physik nicht mehr alles kontinuierlich ist, sondern vieles, wenn im kleinsten betrachtet, nur in diskreten Zuständen vorkommt. Diese Diskretisierung geschieht durch Plancks Wirkungsquantum – es beschreibt die Unterteilung der Energiemenge, die eine Schwingung inne haben kann. In Formeln: E = h·f, wobei E die Energie und f die Frequenz ist. Etwas abstrakter ist also das Wirkungsquantum eine Art Proportionalitätsfaktor zur (gequantelten) Verbindung von Energie und Frequenz.
Da Licht und Schwingung das gleiche in grün sind, bedeutet die Formel für Licht, dass für eine bestimmte Frequenz (=Farbe) immer nur Energiehäppchen übertragen werden. Nämlich, genau, h·f-Häppchen¹¹. Und weil das auch andere cool fanden, hat der Mann mit der lustigen Zunge für diesen Zusammenhang 1921 den Nobelpreis bekommen¹².
Weitere Vorkommen des Wirkungsquantums: Heisenbergs Unschärferelation, Quanten-Hall-Effekt, Chile. [↫]

16. Dezember: G – Gravitationskonstante

G = 6,674 · 10^-11 m³/(kg · s²). Die Gravitationskonstante. Sie ist das Maß dafür, wie stark die Gravitation ist – wie stark sich also zwei Massen gegenseitig anziehen. Nicht zu verwechseln natürlich mit g = 9,81 m/s², die angibt, wie stark wir auf den Erdboden gezogen werden. Ein Erdspezialfall sozuagen, auf Mond / Mars / Beteigeuze 7 sieht das anders aus.

Aber wie kommt man mit so einer Konstante darauf, wie stark sich Erde und Sonne anziehen? Oder Äpfel und Köpfe? Oder Bären und Honig? Diesen Zusammenhang hat Isaac Newton¹³ gefunden und er ist eigentlich ganz einfach: die Kraft, mit der sich Bären und Honig anziehen hängt von den beiden Massen ab (m₁·m₂) und wird mit zunehmenden Abstand schwächer (1/r²). Das ganze braucht aber noch einen Proportionalitätsfaktor, damit funktioniert. Man bezeichnet ihn simplerweise mit G und multipliziert ihn dran.
Aufbauend auf dieser einfachen Formel kann man dann ganz viele fetzige Sachen erklären. Warum die ISS um die Erde kreist. Wie schwer das Zentrum der Milchstraße ist¹⁴. Oder warum wir nicht mit einem großen Sprung zu Weltraumtouristen werden. Insbesondere im astronomischen Bereich ist dieser Zusammenhang also wichtig.

Fun Fact: Auf großen Skalen (Bewegung von Galaxien) passt das häufig nicht mehr so ganz. Eine Erklärung dafür ist, dass es in dem Schwarz da draußen noch Sachen gibt, die wir einfach nicht sehen können. Man hat es »Dunkle Materie« genannt.

Mit G, h und c₀ kennt ihr jetzt nun die grundlegendsten Einheiten, die es so gibt: Die Planck-Einheiten. Das ist ein Einheitensystem, was sich nur auf Naturkonstanten und nicht auf Definitionen stützt. [↫]

17. Dezember: √s_LHC – LHC-Schwerpunktsenergie

√s = 14 TeV. In Zukunft zumindest. Momentan eher √s = 7 TeV. Die Schwerpunktsenergie des größten Teilchenbeschleunigers auf der Erde, des Large Hadron Colliders. Schwerpunktsenergie könnte man frei mit »Wumms des Zusammenstoßes« übersetzen, und schon 7 TeV ist ziemlich wummsig!

Was da zusammenstößt sind Protonen und zwar frontal, aus gegenläufigen Richtungen. Wenn 2014 irgendwann mal der Kapitän auf volle Fahrt voraus schaltet, haben die Protonen in einem Strahl je 7 TeV Bewegungsenergie. Will man das mal mit dem Alltag vergleichen, hat ein Proton dann die Energie eines fliegenden Moskitos. Eigentlich recht harmlos, aber es ist auf verdammt kleinen Raum konzentriert.
Die Protonen sind aber nicht alleine unterwegs sondern zu 10¹¹ Stück in Paketen gebündelt, so dass ein Protonenpaket die Energie hat, die ein Kleinwagen bei 30 km/h hat.
2808 dieser Pakete werden in der Röhre zirkulieren, ihr Abstand zu einander 25 ns groß. Im gesamten LHC wird bei voller Bestückung eine Energie gespeichert sein, die einem handelsüblichem, US-amerikanischem Flugzeugträger bei 5 Knoten entspricht. Allerdings in einer Röhre mit nur 5 cm Durchmesser.

Benötigt wird die Schwerpunktsenergie des LHCs um gewisse physikalische Prozesse zu untersuchen, die bei bisherigen Teilchenbeschleunigern mit geringeren Energien noch nicht (oder noch nicht in der Anzahl) gesehen werden konnten. Die Produktion des Higgs-Bosons ist vermutlich der Bekannteste davon. [↫]

18. Dezember: s – Sekunde

1 s – 1 Sekunde – ist die 9 192 631 770-fache Periodendauer einer spezifischen Strahlung¹⁵ des Cs-133-Nuklids. Die Definition ist deswegen so bekloppt, weil man a) wie bei anderen SI-Einheiten unabhängig von irgendwelchen künstlichen Referenzen sein wollte, man b) eine alte Definition rumfliegen hatte und c) man mit Caesium hochpräzise Atomuhren bauen kann.

Früher™, da fiel es noch schwer mit dem Steinmikrosokop Caesiumphotonen zu beobachten. Man behalf sich astronomischer Zusammenhänge zur Definition. So hat man eine Sekunde z.B. über den 86.400sten Teil eines durchschnittlichen Sonnentages definiert¹⁶. Geht auch noch komplizierter, wenn man gleiches mit der Dauer eines speziellen Jahrs¹⁷ macht. Kann man alles machen, besonders wenn der nächste Analyseapparat 200 Jahre entfernt ist. Aber genau ist das nicht.

Genauigkeit ist aber wichtig, möchte man den Weltrekord im 100-m-Lauf aufstellen. Oder den weihnachtlichen Besuch bei Tante Margret in ihrem neuen Haus im Erzgebirge machen. Für letzteres ist ein Navigationsgerät ganz praktisch. Und das nutzt, genauso wie das US-Militär bei der Ortung seltener Wüstenrennmäuse, GPS – welches seine Genauigkeit nur durch synchronisierte und supergenaue Uhren hinkriegt.

Fun Fact: Sekunde stammt aus dem Lateinischen und meint die zweite Unterteilung der Stunde. Also ein 60stel eines 60stel einer Stunde. [↫]

19. Dezember: α – Feinstrukturkonstante

α ≈ 1/137. Oder um es genau zu sagen: α = e²/(2·c·ε₀·h). Die Feinstrukturkonstante. Sie beschreibt die Wahrscheinlichkeit, mit der eine elektromagnetische Wechselwirkung stattfindet, und beschreibt daher auch deren Stärke.

Man muss sich das so vorstellen: Montagmorgen. Das knuffige, geladene Teilchen (ein rotes, kein blaues – die blauen sind blöd) streckt seine Punktförmigkeiten von sich. Es hat ein bisschen Lust, mit dem Nachbarteilchen wechselzuwirken. Das hat in letzter Zeit immer so geladene Blicke zugeworfen. Zu einer Wahrscheinlichkeit von 1/137 wird das Geladeneteilchen sein Austauschhaustier, das Photon, zum Nachbargeladenenteilchen aussenden und das es dort aufnehmen.
Das ist natürlich noch nicht alles, was die elektromagnetische Kraft drauf hat. Als mindestens viertcoolste Grundkraft lässt sie sogar im Vakuum aus manchen Photonen kurzzeitig Elektron-Positron-Paare entstehen – und auch da spielt die Feinstrukturkonstante eine Rolle. Dieser Effekt verändert nämlich α; die Konstante ist dann auf einmal nicht mehr so ganz konstant wie der Name suggeriert. Es findet eine Art Abschirmung statt, die von der betrachteten Energieskala abhängig ist. Extra-Spaß bei Berechnungen also schon inklusive.

Wie ihr jetzt sicher gemerkt habt, geht es hier um zwei Teile, die irgendwie miteinander »kommunizieren«. Daher nennt man die Feinstrukturkonstante eine Kopplungskonstante – sie beschreibt die Kopplung mit dem der Elektromagnetismus übertragen wird. Gibt’s auch für die starke Kraft, genannt α_s, die sogar noch stärker energieabhängig ist als α.¹⁸ [↫]

20. Dezember: k_B – Boltzmann-Konstante

k_B = 1,38 · 10^-23 J/K. Die Boltzmann-Konstante, oder umgangssprachlich K-Boltzmann. Sie hat entscheidende Bedeutung in der statistischen Physik, also dann, wenn viele kleine Teile zusammenkommen und man nur noch von Wahrscheinlichkeiten sprechen kann.

Ein Beispiel dafür ist das ideale Gasgesetz: es beschreibt den Zusammenhang zwischen Druck, Volumen, Temperatur und Anzahl der Atome in einem Gas, dessen Bestandteile idealisiert (= vereinfacht) wurden. Die Proportionalität wird durch die Boltzmann-Konstante beschrieben.
Stellen wir uns also einen Boltzplatz vor bei dem die Mannschaften »Kanonisches Ensemble« (gelb) und »Libschitzstetig« (ocker) wild gegeneinander spielen. Die beweglichen Wände des Boltzplatzes sind leider gerade ausgefallen – sein Volumen ist fest. Auch sind alle Türen verschlossen und keiner darf mehr auf oder vom Platz – die Anzahl der Spieler ist konstant. Anpfiff. Spielminute 23. Spieler 17 aus der gelben Mannschaft grätscht Nummer 8 kurz vor dem Strafraum fies von der Seite rein. Gesichter werden verzogen, Hände in die Höhe gerissen, Kraftausdrücke ausgetauscht. Die Gemüter erhitzen sich. Die Temperatur auf dem Platz steigt. Der Schiedsrichter wundert sich, warum die Spieler auf ein mal alle so schmal aussehen. Er schaut in der Formelsammlung nach und stellt fest: Bei diesen Verhältnissen hat sich wohl auch der Druck erhöht. Denn es gilt p·V = k_B·N·T. Tada, die ideale Gasgleichung mit der Boltzmann-Konstante als Proportionalitätsparameter.

Auf obigem Sportplatz gilt aber noch ein weiteres, physikalisches Gesetz, bei dem k_B eine Rolle spielt.
Die letzte Minute läuft. Ocker liegt 2:1 zurück. Ansage des Trainers: Alle Mann nach vorne, die eigene Spielhälfte ist tabu (A). Und, tatsächlich, die Ansage hilft – es fällt der ersehnte Ausgleich. Nach dem Wiederanpfiff entschließen sich die Kapitäne das Spiel zur Verlängerung zu spielen. Beide Mannschaften sind gleichmäßig über den gesamten Platz verteilt (B). Im Gegensatz zu A haben die Spieler bei B mehr Möglichkeiten, sich zu positionieren.
In der statistischen Physik nennt man das die Anzahl der Mikrozustände Ω, oder auch »Unordnung«¹⁹. Weil das aber zu langweilig wäre, packt der Thermodynamiker da noch einen Logarithmus drauf, multipliziert es mit K-Boltzmann und, zack, hat dann die Entropie S = k_B ln(Ω). Eine Größe, die man häufig zur Beschreibung thermodynamischer Prozesse und zur Beeindruckung von Nichtphysikern verwendet.

Und wenn ihr es bis hier hin geschafft habt, uns zu folgen – und wenn wir uns nicht um Hals und Kopf erklärt haben – dann habt ihr gerade die Basics zum allseits gehassten Thema Thermodynamik verstanden. Gratulation! [↫]

21. Dezember: sin²(2θ₁₃) – Neutrino-Mischungswinkel

sin²(2θ₁₃) = 0,085. Übersichtlich, oder? Die vielleicht komplizierteste Konstante unseres Kalenders. Mit Sicherheit aber die Neueste – die hat’s noch nicht mal in die Wikipedia geschafft.
θ₁₃ ist ein Neutrino-Mischungswinkel, dessen Wert vor gut einem Monat von dem Experiment Double Chooz veröffentlicht wurde. Aus Praktikabilitätsgründen gibt man ihn in dieser Sinuskombination an.²⁰

Neutrinos sind ja irgendwie die Superhelden unter den Elementarteilchen. Immer da, kaum einer sieht sie und, DIE Superkraft schlechthin, sie können sich in einander umwandeln. Eigentlich gibt’s drei Mitglieder der Neutrinosuperheldenfamilie: Elektron-, Myon- und Tau-Neutrino. Und die werden normalerweise immer gemeinsam mit ihren Partnern, den Elektronen, Myonen oder Taus, produziert. Pro neues Elektron gibt’s dann ein neues Elektron-Neutrino. Aber vor einigen Jahren stellte man fest, dass das nicht immer so ist. Da untersuchte man Neutrinos, die aus der Sonne kamen und beobachtete, dass da weniger Elektron-Neutrinos vorhanden sind, als eigentlich hätten sein müssen. Skandal! Die Lösung: Sie waren in andere Arten von Neutrinos (Myon oder Tau) umgewandelt worden.

Die passende Theorie dazu heißt »Neutrinooszillation« – und wie der Name schon andeutet, ist diese Umwandlung in die Neutrinosorten zyklisch. Und da kommen die Winkel ins Spiel. Die sind Parameter bei der Aufstellung der Osziallationsgleichung und daher ziemlich wichtig.²¹

Gemessen wurde θ₁₃ am Double-Chooz-Experiment. Es misst den Fluss von Anti-Elektron-Neutrinos, die aus einem Atomreaktor kommen. Und zwar an zwei Stellen: Nah und fern. Außerdem hat es das vermutlich seltsamste Logo aller Physikexperimente.

Bevor man diesen Wert kannte sah es lange Zeit so aus, als wäre θ₁₃=0. Also, genau gleich Null. Da so etwas für einen freien Parameter sehr unwahrscheinlich ist, wollten sich einige Physiker schon auf die Suche nach neuen Theorien machen, die diesen Wert voraussagen. Jetzt ist er doch nicht Null, also braucht man auch vorerst keine neuen Theorien, und so mancher Physiker kann (muss) Weihnachten doch mit seiner Familie verbringen. [↫]

22. Dezember: Λ – Kosmologische Konstante

Λ ≈ sehr klein. Im Bereich von 10^-52 m^-2. Die kosmologische Konstante. Eingeführt von Albert Einstein sollte sie dafür sorgen, dass seine Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie ein statisches Universum korrekt beschreiben. Denn eigentlich würde man vermuten, dass durch die Gravitation alles zueinander angezogen wird. Damit das Universum aber nicht kollabiert, braucht es dafür braucht eine Art Gegendruck.

Aufmerksame Leser unseres Adventskalenders werden jetzt aber natürlich hellhörig, denn spätestens seit dem 12.12. wisst ihr, dass das Universum expandiert – es ist alles andere als statisch. Als man das kurz nach der Formulierung der allgemeinen Relativitätstheorie feststellte, war die kosmologische Konstante nicht mehr nötig. Einstein taufte die Konstante die »größte Eselei seines Lebens«.
Wir würden heute aber nicht darüber berichten, wenn wir nicht 1. Esel knorke finden würden, 2. Eseleien in Konstantennamen quatsch sind und 3. die Geschichte hier zu Ende wäre. Man hat nämlich herausgefunden, dass das Universum nicht nur expandiert, es expandiert immer schneller. Und das liegt nicht am CO₂-Ausstoß auf der Erde.
Wir haben im Universum also doch sowas wie einen Druck, der dafür sorgt, dass alles immer schneller auseinandergetrieben wird. Der Druck wird etwas konkreter Vakuumenergiedichte genannt und das momentan favorisierte Modell zur Beschreibung benutzt dafür u.A. die kosmologische Konstante.

Mystisch, wie Physiker montags morgens bei Nebel nunmal sind, hat man die verantwortliche Energie »Dunkle Energie« genannt. Sie macht immerhin 70% des gesamten Energiehaushalts im Universum aus. Leider weiß man neben der groben 70% nicht so richtig viel über den ganzen Kram. Und einfach mal nachmessen ist leider auch nicht. Was Herr Einstein also damals so hoppla-di-hopp einführte, ist auch hundert Jahre später ein gar nicht so einfaches Problem. [↫]

23. Dezember: A – Ampere

1 A – ein Ampere – ist die letzte SI-Einheit unserer Reihe und bezeichnet die elektrische Stromstärke. Also wieviel Strom gerade durch die Leitung fließt. Allgemein bedeutet ein elektrischer Strom, dass sich elektrische Ladungen bewegen – weil elektrisierte Katzen so schwer in Kupferdrähte passen sind das in häuslichen Stromleitungen meistens Elektronen. Ein Ampere entspricht dann etwa 6 Trillionen Elektronen pro Sekunde.

Da man das aber schwer messen kann, war das Ampere früher über die Menge an Strom definiert, die in einer Sekunde von 1,118 mg Silbernitrat-Lösung abgegeben wird. Das ist schon reichlich beliebig. Aber es geht natürlich noch besser.
Um unabhängig von irgendwelchen Substanzen²² zu sein, definiert man das Ampere heutzutage über ein Gedankenbeispiel: Man nehme zwei handelsübliche, unendlich lange und sehr dünne Leiter aus dem Baumarkt (die roten, nicht die… ihr wisst schon) und packe sie parallel, in einem Abstand von einem Meter in ein Vakuum. Man schicke Strom hindurch. Mit einer Standardamperedefinitionsmessapparatur misst man nun die Kraft, mit der sich die Leiter anziehen. Wenn sie das mit 2 · 10^-7 N/m tun, dann fließt durch beide Leiter ein Strom von genau einem Ampere. Genauso würdet ihr auch eine Einheit definieren, oder?

Weil’s grad Trend ist und 10^-7 so mainstream, möchte man auch das Ampere neu definieren – so dass es auf Naturkonstanten fußt. Der Prozess ist, genau wie beim Kilogramm, gerade im Gange. Vermutlich läuft es auf die Anzahl der Elektronen pro Sekunde hinaus. Es werden übrigens noch Hiwis zum Elektronenzählen gesucht, die beliebig vielen Affen sind gerade mit ihren Schreibmaschinen beschäftigt. [↫]

24. Dezember: Pi-Quer / π – Kreiszahl

Pi-Quer (leider (noch) ohne Unicode-Zeichen²³ ). Definiert über eine längliche Gleichung, die sich seit einem Beweis von 2008 und nach trickreicher Umstellung auf π/(2π) = ½ reduzieren lässt.
Erfunden wurde die Zahl mindestens in einem abgeschiedenen tibetanischen Bergdorf von der bezottelten Dorfziege. Vielleicht aber auch in einem Blog über Physik.²⁴

67% von Pi-Quer sind π – zugegeben die wichtigeren 67%. Und daher soll’s heute auch darum gehen. Um π.
Aber π? Was ist das eigentlich? Und warum haben wir diese Zahl genommen, um unseren Adventskalender nach 24 immer länger werdenden Einträgen hier zu beenden?

π = 3,1415… steht für die Kreiszahl und ist das Verhältnis zwischen Kreisumfang und Kreisdurchmesser – eine Proportionalitätskonstante also.
Ein Hund, der einen Kreisbogen zum Futternapf läuft, muss im Vergleich zu einer Katze, die direkt hinschlendert, den π-fachen Weg zurücklegen. Dabei ist es egal, wie weit der Futternapf entfernt ist – das Verhältnis (π) bleibt immer gleich.
Den Wert von π kann man nicht ausrechnen (die Zahl ist irrational und transzendent), nur näherungsweise bestimmen. Zum Glück kann man heutzutage auf lästige Tierversuche verzichten, so dass durch moderne Rechenmaschinen bereits 5 · 10¹² Stellen bekannt sind.
πs Geschichte ist ziemlich spannend, gibt’s die Kreiszahl doch schon seit einige Jahren. Man startete irgendwann mal mit 3 und wurde genauer und genauer.
Fun Fact: Das Textsatzsystem TeX nähert sich in seiner Versionsnummer immer weiter dem wahren Wert von π an.

π ist unsere Lieblingskonstante – vereint sie doch Entwicklung und Erkenntnisse von Wissenschaft in einem Buchstaben, den man auch noch so schön schwungvoll schreiben kann. Außerdem ist sie Mitglied in der Euler-Identität (exp(iπ) = -1) und damit per se schon mal cool.

Und damit sind wir am Ende unseres kleinen Adventskalenders angekommen. Wir hoffen, ihr hattet ähnlich viel Spaß wie wir und habt vielleicht auch das ein oder andere Neue kennengelernt. Eine Zusammenfassung für’s Archiv wird es in den nächsten Tag im Blog geben.
Das physikBlog wünscht euch frohe Weihnachten!
Und hat als Geschenk die ersten hundert Stellen der Kreiszahl mitgebracht (you’re welcome!):

π = 3,1415926535 8979323846 2643383279 5028841971 6939937510 5820974944 5923078164 06286208998 6280348253 421170679

FρE WEIHNACHTEN. [↫]

1. Keine empirischen Daten dazu zu verzeichnen. Tests willkommen. Schalter für die elektromagnetische Kraft findet ihr hinten links.
2. Außer Tachyonen, Chuck Norris, physikBlogionen und seit dem letzten Hardwareupgrade auch Neutrinos.
3. Seltsam prinzipiell nur, weil sie die Chemiker verwenden. Sonst ist sie so, wie jede andere Einheit.
4. Auf der Erde. Auf Melmac kann das anders aussehen.
5. Ihr wisst schon, die Milchstraße.
6. Man kennt das ja, wenn man Hundewelpen an einem vorbei wirft. Das Bellen erscheint höher, wenn der Hund noch auf einen zufliegt. Sobald er vorbei ist und wieder wegfliegt, wird’s tiefer.
7. Ja, auch du.
8. Damals™
9. Das Ur-Urkilogram liegt in Paris in einem Tresor, es gibt aber >80 Kopien davon, die als lokale Referenz dienen. Sie stimmen bis auf 1 Milligramm mit dem Orginal überein. Das ist eine Genauigkeit von 10^-6!
10. c₀ ist vermutlich die Andere, der man so einen Eindruck unterstellen kann.
11. Wenn man Energiehäppchen übertragen will, macht die Vorstellung eines Teilchens mehr Sinn als die einer Welle. Tadaa: Das Photon ist geboren.
12. Und nicht für E = m·c², wie man vielleicht meinen könnte.
13. Ihr wisst schon. Apfel → Kopf.
14. Um das Zentrum kreist ein Stern, ziemlich schnell. Deshalb konnte man recht schnell seine Umlaufbahn bestimmen. Und weil man mit dem ausgesendeten Licht abschätzen kann, wie schwer der Stern ist, weiß man auch, wie schwer das Zentrum ist. Und siehe da: Es ist ein schwarzes Loch!
15. Es geht um den Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustands.
16. Liebe Aachener, »durchschnittliche Sonnentage« – dieses Konzept kennt ihr nicht. Fragt Familienmitglieder aus anderen Bereichen Deutschlands, die können euch das erklären.
17. Das tropische Jahr für das Jahr 1900. Hat nichts mit Regenwald zu tun, ist einfach nur eine Festlegung, von wann bis wann ein Jahr geht. In den Kalender gucken gilt nämlich nicht. Ätsch.
18. Ein Beitrag ohne Fußnoten. Yeah! Ach Mist…
19. Die Unordnung ist größer, wenn nicht alles auf einem Haufen sondern überall verteilt ist. Kennt ihr, ne?
20. Wäre ja sonst auch langweilig.
21. Das sind deswegen Winkel, weil das über sogenannte Drehmatrizen beschrieben wird. In denen stehen Sinus- und Cosinus-Ausdrücke, die wiederum Winkel enthalten. Ist aber noch ein Level mehr kompliziert. Für den Basic-Neutrinospaß braucht man das nicht im Detail zu wissen.
22. Man denke an die Silbernitratknappheit von 2082!
23. In LaTeX bekommt ihr Pi-Quer am einfachsten über »\pi\!\!\!{_\mathchar’26}«.
24. Irgendwer hatte die Idee zeitlich korreliert irgendwo anders in diesem Internet. Aber egal. Unsere Hybris kennt da keine Grenzen.

Das physikBlog ist leider in seiner Freizeit¹ dermaßen beschäftigt, dass für viele Dinge, die wir euch erzählen wollten, der lilane Platz hier im Blog zu groß war. Das Rampenlicht zu hell. Wir haben sie einfach auf Facebook geschoben.
Damit sie dort nicht in die ewigen, digitalen Jagdgründe verschwinden, hier das Archiv vom November 2011.

• 9. November: Jaja, natürlich. Die USA haben bekannt gegeben, sie hätten nie Kontakt zu Außerirdischen gehabt. Und wo ist dann Elvis hin? Und was ist mit dem Raumschiff auf dem Mond? Und den Maya? Pah. Link.
• 9. November: Gerade sind die ISS-Astronauten im überfüllten Aachener Audimax. Den versprochenen Stream soll es hier geben. Allerdings funktioniert er nicht, laut Webseite wegen Überfüllung – weshalb es bald Videoaufnahmen geben soll.
• 9. November: »What is a Higgs Boson« vom Fermilab.
  Diese offiziellen Physik-Erklärvideos sind irgendwie… naja. Aber immerhin beweist dieses eine interessante Art von Humor. Link.
• 10. November: Wenn ihr euch auf dem Weg zum Kippenholen beim Virgo-Galaxienhaufen wiedermal verlaufen habt: Nehmt diese Karte des näheren Universums. Link.
• 10. November: Das freut die Freizeitstatistiker unter uns: Live-Counter zu verschiedenen Kennzahlen (Tote, Geburten, Wüstenbildung, übrige Öltage, …) der Welt. Link.
• 

  re:publica 2012 – André und Andi werden da sein. Vermutlich

  10. November: Seit eben prangt übrigens das re:publica-2012-Banner auf unserer Seite.
  Wen von euch werden wir im Mai dort treffen?
• 13. November: Auch wenn wir letztens schonmal so ein ähnliches Video hatten… hier noch ein Zeitraffervideo von der ISS. Diesmal in länger und mit schöneren Aufnahmen.
  Und jetzt machen wir erstmal eine Aurora-Borealis-Pause hier. Sonst fangt ihr noch an grün zu leuchten. Link.
• 14. November: Eine bunte Grafik der NASA über aktuelle und anstehende Weltraummissionen. Link.
• 15. November: Wolltet ihr euer nächstes Paper nicht schon immer mal in der Wolke schreiben? Bittesehr. Link.
• 16. November: Hier gibt’s das Video des ISS-Astronauten-Besuchs an der RWTH von letzter Woche. Allerdings fehlt ein Stück. Link.

  http://www.youtube.com/watch?v=Ok5Z517AooU

• 16. November: »Frequent travel may be required« – die Jobanzeige für einen neuen NASA-Astronauten. Link.
• 17. November: So baut man einen riesigen Neutrino-Teilchen-Detektor (»NOvA«) zusammen. Link.
• 18. November: Die Neutrinos von OPERA sind immer noch schneller als Licht.
  Heute hat die Kollaboration Ergebnisse einer Abwandlung der bisherigen Messung veröffentlicht (http://phy.sk/jh, http://phy.sk/ji), die das alte Ergebnis bestätigen.
  Im Gegensatz zur »alten«, dreijährigen Messung wurde für die aktuelle Messung ein schärfer gepulster Proton-Beam aus dem CERN verwendet. Musste vorher noch eine statistische Anpassung vorgenommen werden, um eine Primärinteraktion einem Neutrino zuzuordnen, konnte das jetzt direkt geschehen. — Allerdings (diese Neutrino-Experimente!) wurden nur 20 Ereignisse aufgezeichnet… Link.
• 20. November: »1927 Solvay Congress Conference on Electrons and Photons« – DAS nenn ich mal Klassenfoto. Link.
• 21. November: Die Physik hinter »Angry Bird« – es passt sogar zu den Erwartungen (bis auf dass die Flitsche 5m hoch wäre). Link.
• 21. November: Das physikBlog ist seit gestern auf einem neuen (schnelleren!) Server. Sollte noch irgendwas falsch sein, meldet euch ruhig!
• 
  22. November: Što se ovdje doga?a? Wir haben also (laut Facebook) Leser in Kroatien. Cool! Link.
• 23. November: ATLAS als Lego-Version. Link.
• 23. November: Heute (am 23.! _23._!!!) ist »Tag der Weltmaschine«, bei dem es überall in Deutschland Vorträge zum LHC (?»Weltmaschine«) gibt. Es gibt auch eine Fragen-Antworten-Session mit dem CERN-Direktor.
  In Aachen geht’s um 18:45 los. (Keine Infos für Zagreb, sorry.) Link.
• 23. November: Wow, das ist ganz schön spannend: Die ESA (!) hat gestern kurz mit der (fast) verlorenen Roscosmos-Sonde Phobos-Grunt kommuniziert. Extra dafür wurde eine Satellitenschüssel in Perth modifiziert. Crazy! Und spannend (sagte ich das schon?). Link.
• 26. November: 60-Second Adventures in Thought.
  Comichafte Zusammenfassungen von ein paar klassischen Gedankenexperimenten. Link.
• 29. November: Da unsere Leser ja generell hübsch, erfolgreich UND intelligent sind, wisst ihr all das natürlich schon – trotzdem ist’s nett, die Antworten auf ein paar Kontra-Klimawandel-Thesen mal zusammengefasst zu haben. Link.

  http://www.youtube.com/watch?v=5zVaFjSxAZs

1. Die Zeit, die das physikBlog nicht physikBlog ist.

Damit ihr das auch hier mitverfolgen könnt und ohne bei Facebook sein zu müssen, binden wir euch unseren Facebook-Stream nach dem Klick ein¹.

1. Ihr könnt den übrigens immer unten im Footer sehen…

Willivolt

Eine Teslaspule im Betrieb ist ziemlich faszinierend. Selbst eine »kleine« Version wie diese hier, die in Wirklichkeit schon eher zu den großen zählt.

*tzzzem* *krrrrss* *brutzel* *brrrsss* — Die offiziellen, auf der International Lightning Conference 1986 festgelegten lautmalerischen Beschreibungen¹ einer Teslaspule im Betrieb. Beziehungsweise der von ihr ausgehenden Blitze.
Jedenfalls ist das geschrieben nicht annähernd so spektakulär, wie die Geräusche einer Teslaspule in natura sind. Außerdem: Blitze! Die logische Schlussfolgerung ist also, dass Teslaspulen klasse sind!

The Lightning Foundry

Das Schema der Lightning Foundry.

Teslaspulen hatten wir schon in diversen Abwandlungen gesehen. Wenn nicht hier, dann zumindest irgendwo da draußen im Internet². Aber wie das halt so ist: Käse geht immer³ und größer ist besser. Und deswegen hat Greg Leyh das Projekt der »Lightning Foundry« gegründet und will eine Anlage bauen, mit der sich 80 Meter lange Blitze erzeugen lassen. 80 Meter!
Außer dem »Wow!«-Effekt gibt es auch noch wissenschaftliches Interesse, weil noch nicht ganz verstanden ist, warum Gewitterblitze weniger Spannung pro Strecke brauchen als Blitze im Labor. Und die Grenze soll bei etwa 60 Metern liegen.

Das Ganze ist natürlich nicht billig (350.000 Dollar) und deshalb sucht Greg Leyh nach Unterstützern bei kickstarter.com. Die Materie beherrschen sie prinzipiell auf jedenfall, immerhin haben sie schon so abgefahrenes Zeug wie eine 130 Megavolt Tesla gebaut (→ Archiv). Bleibt also zu hoffen, dass es klappt.

Und zum Schluss noch das Erklärungsvideo zur Lightning Foundry:

1. Natürlich nicht zu verwechseln mit dem *wwwoooaaaammmm* eines natürlichen Blitzes oder *brutzel* — dem Ei in der Pfanne.
2. Oder auf dem jährlich in Aachen stattfindenden Physik-Jahrmarkt der RWTH im November. Da wird seit ein paar Jahren auch eine nicht gerade kleine Teslaspule ausgestellt.
3. Hat hiermit jetzt nicht’s zu tun, aber geht halt immer.

The ATLAS & CMS Experiments

Da kriegt der Physiker (k)einen Herzinfarkt: Die am LHC gemessenen Higgs-Ausschlussgrenzen. Wo die schwarzen Punkte unter der roten Linie liegen, gibt es mit 95% Wahrscheinlichkeit kein Higgs-Boson (klicken für ganzes Bild).

Der LHC läuft jetzt ja schon eine ganze Weile und es gibt auch schon eine ganze Menge interessante Erkenntnisse, aber der große Knall fehlt noch: Weder konnte man bislang die Entdeckung des sagenumwobenen Higgs-Bosons vermelden, noch hat sich SUSY aus ihrem kuscheligen Versteck herausgetraut. Schade, hatten wir doch schon für die Tea-Party gedeckt -– aber so lange ist das mit dem Messbeginn ja auch noch nicht her.

Die Suche nach SUSY könnte sich durchaus als langwierig herausstellen, das war von vornherein klar. Das Higgs-Teilchen sollte sich so langsam aber zeigen, zumindest wenn es das “normale” Higgs des Standardmodells ist. Die beiden vielseitigen Experimente am LHC, namentlich CMS und ATLAS¹, konzentrieren sich momentan intensiv auf dieses eine Teilchen. Beide hatten bereits im Sommer die Ergebnisse ihrer Suchen vorgestellt².

Um noch mehr aus den aufgenommenen Daten herausholen zu können, hat man sich entschieden, die Ergebnisse der beiden Experimente zu kombinieren. Das klingt zwar nicht sonderlich kompliziert, ist es aber dann doch, da Physiker ja immer nicht nur ein Ergebnis, sondern auch eine “Unsicherheit” darauf angeben wollen. Und dafür muss man dann rechnen, denken, diskutieren, rechnen, rechnen, Kaffee trinken und rechnen. Mit ganz vielen Leuten. Aber am Ende kommt dann ein Paper bei raus. Und da steht drin: Kein Higgs bislang. In weiten Massenbereichen können wir die Existenz des Higgs-Bosons ausschließen³. CMS hat ein schönes Video angefertigt, in dem die Entstehung dieses Papers dokumentiert, dasselbe kommentiert und erklärt wird:

http://www.youtube.com/watch?v=jOn5YwrVcE8

Das ist übrigens eigentlich der Grund warum ich diesen Artikel schreibe: Ich finde es in etwa so cool wie das Jedi-Hörnchen, dass CMS derartige Ergebnisse nicht nur als Paper veröffentlicht⁴, sondern sich Gedanken darüber macht, wie man soetwas auch auf “modernen” Wegen kommunizieren kann⁵. Seit dem Launch der neuen CMS-Webseite gibt man sich richtig Mühe. Da werden nicht nur die Ergebnisse vorgestellt, sondern man bekommt auch erklärt, was CMS eigentlich so tut, wie man also etwa nach dem Higgs-Boson sucht. Ein guter Anfang! Yay!

CMS Collaboration

Vom LHC gelieferte Datenmenge. Die rechte Hälfte der Punkte ist noch nicht ausgewertet.

1. Bald hab ich hier mehr Links auf die CERN’ed-Serie, als Katzenbabys in einen Schuhkarton passen
2. zum Beispiel hier und hier
3. zumindest mit 95%iger Sicherheit
4. was dann ja doch nur die Physiker lesen
5. Jaja, Youtube ist jetzt nicht unbedingt die neueste Seite in diesem… hier… warte… Netzdings

Der Oktober scheint ein arbeitsreicher Monat für uns gewesen zu sein. Immerhin haben wir es zwischen dem letzten Roundup und diesem gerade mal zu zwei Beiträgen hier im physikBlog geschafft. Aber wir haben ja noch die Facebook-Seite. Da gibt es gewohnte Qualität in mundgerechten Mittagspausenhäppchen.

Hier also die Zusammenfassung des letzten Monats.

• 4. Oktober: Erste Folge einer neuen CERN-Webshow »What’s new @CERN?«
  (Mit schrecklichem Bluescreen-Kram, aber sonst ganz nett.)
• 4. Oktober: »Schrödinger’s Cat« von minutephysics. Link
• 5. Oktober: Comic: Practical jokes among physicists.
• 6. Oktober: Letzte Woche verpasst: Sixty Symbols über die überlichtschnellen Neutrinos. Link

  http://www.youtube.com/watch?v=qJ0m13iJw0k

• 9. Oktober: Ein Video für den bedeckten Sonntag. Sind Sterne dabei, hat also hinreichend Physikinhalt. (Beschreibung beachten.)
• 9. Oktober: BBC-Doku über Deep-Space-Beobachtung: »Extreme Astronomy — Horizon: Seeing Stars.«
• 10. Oktober: Für die Apollo-11-Mission hat man (aus Scherz) einen Einfuhrzettel für den Zoll ausgefüllt, damit die Landung vom Mond auf der Erde auch einwandfrei abläuft. Link
• 10. Oktober: Wir können froh sein, in Europa von solchen Idioten verschont zu bleiben: »Neutrinos zeigen, der Klimawandel ist nicht echt.«
• 

  etsy

  Nach elementarem Plüsch jetzt auch ein paar plüschige Verteilungen.

  14. Oktober: Großartig! Corrigan Brothers & Pete Creighton besingen die Neutrinos im »The Neutrino Song«.
  (Und jetzt alle: If light’s not the fastest, and what can this mean, oh, and is something faster, than the neutrino.)
• 14. Oktober: 30-Minuten-Doku zum Anlass des diesjährigen Physik-Nobelpreises: »Mysteries of a Dark Universe«
• 17. Oktober: Nichts Neues, aber ein schönes Video über Supraleitung und schwebende Objekte. Link
• 18. Oktober: Nach Elementarteilchen und Viren gibt’s jetzt auch statistische Verteilungen in Plüschform. (Auch einzeln.)
• 29. Oktober: Am 9.11., 11:00, besucht die Space-Shuttle-Crew, die das AMS-Experiment auf die ISS brachte, die RWTH Aachen und berichtet ein wenig. Gibt auch einen Livestream. Link

Ron Garan

Ron Garan hat aus seinem Bürofenster an der ISS geguckt und Nordlichter (Aurora borealis) beobachtet.

Ron Garan ist Astronaut und zog bis vor kurzem auf der ISS seinen Bahnen um die Erde. Und da oben konnte er bei einer Kaffeepause natürlich wunderbar vor einem Fenster schweben und in die Ferne gucken. Wenn er vor dem Richtigen schwebte, sah er dann natürlich diesen großen blauen Ball, a.k.a. Erde. Und genauso, wie ihr fasziniert aus dem Flugzeug auf die Ministädte am Boden guckt, weil von oben alles irgendwie anders aussieht, gucken auch die Astronauten von der ISS gerne von oben auf die Erde. Bestimmt.

Yuichi Takasaka

Aurora borealis in einer Langzeitaufnahme, diesmal von der Erde aus.

Glücklicherweise hatte Ron gerade eine Kamera dabei, als auf der Erde fancy Naturerscheinungen zu sehen waren und es entstand das faszinierende Bild von oben. Die bunten Streifen, die in der Atmosphäre wabern, nennen sich Polarlichter bzw. im Fachbegriff »Aurora borealis« für ihr Auftreten im Norden. Für den Süden ändert sich das zu »Aurora australis«, sie sind aber das gleiche in grün. Und beide Varianten treten ganz ohne Zusätze von rosaroten Brillen, LSD oder Michael Bay auf, also rezeptfrei und fast ohne Nebenwirkungen für den Beobachter¹. Klasse, oder?

Polarlichter, soso. Hä?

Die grünen streifigen Dinger entstehen als Reaktionen der Atmosphäre auf Beschuss aus dem All. Damit sind natürlich keine bewusst böswilligen Bösewichtaliens gemeint, sondern geladene kosmische Strahlung. Sowas wie Protonen, Elektronen, Helium-Kerne, … alles Krams, der unangenehm wäre, wenn wir ihn direkt abbgekommen würden².
Aber zum Glück haben findige Wissenschaftler vor Milliarden von Jahren zwei Verteidigungslinien um die Erde gebaut: die Atmosphäre und das Magnetfeld. In ihrer Kombination sind sie ziemlich effektiv.

1. Verteidigungslinie: Magnetfeld

NASA

Das Erdmagnetfeld reicht weit ins All und schützt uns vor dem Sonnenwind.

Das Magnetfeld der Erde reicht ziemlich weit über die Atmosphäre hinaus, in dem Bild rechts bekommt man eine kleine Vorstellung davon. Natürlich ist das nicht maßstabsgetreu, aber hilft für den ersten Eindruck.
So Magnetfelder haben die praktische Eigenschaft, dass sie mit geladenen Teilchen interagieren: sie werden abgelenkt. Also die Teilchen, nicht die Magnetfelder. Ein Elektromotor funktioniert genau deswegen: Drahtschlaufen liegen in einem Magnetfeld. Schaltet man jetzt einen (Wechsel-)Strom ein, werden die Schlaufen abgestoßen und der Motor dreht sich wie ein Brummkreisel. Und auch unser Lieblingsbeschleuniger, der LHC, funktioniert durch die magnetische Ablenkung geladener Teilchen.

Weil der Effekt recht stark ist, reicht selbst das relative schwache Magnetfeld der Erde für den Großteil der Teilchen aus und sie werden entlang der Magnetfeldlinien um die Erde herum geführt. Schaut man sich das Bild rechts oben an, sieht man zwei kleine Kerben im sonst rundlichen Magnetfeld: die magnetischen Pole. An ihnen liegen die Magnetfeldlinien derart, dass Teilchen nicht um die Erde herum sondern zur Erde hin geleitet werden. Das betrifft zwar nur einen Bruchteil der gesamten Strahlung, aber immerhin noch einige.

2. Verteidigungslinie: Atmosphäre

CERN

Ein Teilchenschauer breitet sich in der Atmosphäre aus.

Bevor wir auf dem Erdboden von Teilchen durchlöchert werden müssen sie erst durch die Atmosphäre.
Die Atmosphäre kann man sich dabei wie einen römischen Markt mit ganz vielen Besuchern vorstellen: die geladenen Teilchen wollen schnell durch, ecken aber dauernd an. Dadurch werden sie langsamer und wenn es blöd läuft, entsteht eine Schlägerei und die Teilchen sind kaputt. Dann muss ein anderer, nennen wir ihn Sekundärbesucher, loslaufen um Hilfe zu holen. Der eckt dann auch wieder an und das Spiel geht von vorne los.
In der Realität stoßen die Teilchen aus dem All mit Teilchen in der Atmosphäre, werden langsamer, vernichten sich und produzieren andere Teilchen (Sekundärteilchen). Das passiert prinzipiell überall auf der Erde, insbesondere da sich hochenergetische Teilchen nicht so sehr am Magnetfeld stören, und ist relativ langweilig. An den Polen aber führt das Magnetwegeleitsystem von oben zu einer Häufung, so dass eine richtige Römerparty in der Atmosphäre abgeht. Die sorgt in den passenden Atmosphärenschichten³ dafür, dass Moleküle angeregt werden und anfangen zu leuchten wie das Studio 54 an einer Wochenendnacht.

Herkunft der geladenen Teilchen

Wenn man sein Polarlichtbeobachtungszelt im Norden aufgebaut hat, stellt man anhand seines Teekonsums relativ schnell fest, dass die Polarlichter eher im Winter auftauchen und auch über die Jahre hinweg gewisse Intensitätsschwankungen zeigen. Ersteres lässt den findigen Polarforscher einen Zusammenhang zwischen den Positionen von Erde und Sonne vermuten. Die (Sonne, nicht Erde) ist da also auch irgendwie mit drin. Bestätigt wird das durch die Schwankungen, die grob im 12-Jahres-Rythmus laufen und vergleichbar mit der Sonnenaktivität sind.
Sonnenaktivität meint, wieviel Material von der Sonne in die Umgebung geblobbert wird. Das passiert stetig ein bisschen oder immer mal wieder in großen Eruptionen. Eine eindrucksvolle Version davon sieht man in folgendem Video in Aktion:

http://www.youtube.com/watch?v=Q_3u_0NN7OM

DirektSolarFlare

Diese Sonneneruptionen schleudern Massen an heißen Protonen und Helium-Kernen, also geladenen Teilchen, von der Sonne weg. Ab dann nennt man sie Sonnenwind. Und wenn auf der Sonnenoberfläche gerade mal wieder viel los ist, kommt etwa zwei Tage später hier auf der Erde auch eine etwas stärkere Briese an, die zum bunten Polarhimmel führt.

physikBlog-Reisetipps zum Polarlichter-Beobachten

Tommy Eliassen

Polarlichter, die Milchstrasse und ein vorbeiziehender Komet – herrlich!

Wenn also der astronomische Wetterbericht bezüglich des Sonnenwinds Besonderes voraussagt, heißt es, die physikBlog-Reisetipps schon ausgedruckt am Kühlschrank hängen zu haben und schnell einen Flieger zu buchen.
Sehen kann man die Polarlichter nämlich besonders gut im hohen Norden, Richtung Polarkreis (also Skandinavien z.B.). Ein klarer Himmel, Nacht und die Abwesenheit von Sonnenbrillen⁴ sind ebenfalls hilfreich, wenn man das schwache Leuchten über einem erkennen will.
Und wenn man sich ein besonders schönes Plätzchen ausgesucht hat, die digitale Spiegelreflexkamera mit extremer Langzeitbelichtung parat hat und im richtigen Moment abdrückt, dann kommt vielleicht so etwas nettes heraus, wie ihr rechts seht.

Profitipp: Handwärmer nicht vergessen!

1. Sicherheitshinweis: Flipflops sind nicht die geeignete Schuhwahl für Ausflüge in den hohen Norden. Auch nicht in den Süden, übrigens.
2. Siehe Fukushima z.B.
3. Grün entsteht durch Sauerstoffatome in ca. 100 km Höhe, rot durch Sauerstoffatome in 200 km und blau bis violett durch Stickstoffatome.
4. Sorry, Coolnessfaktor.

Der Start eines Space Shuttles (wer errät, welche Mission?). Feynman war Teil der Gruppe, die das Challenger-Unglück untersuchte.

Seine »Fun to Imagine«-Reihe hatten wir letztes Jahr.

Jetzt hat jemand Auszüge aus der Sammelreihe »The Pleasure of Finding Things Out« von Arbeiten von ihm genommen und sein Audio mit passendem, hübschem Video unterlegt. Jemand ist in dem Fall das Projekt, was sich normalerweise um einen anderen großen Wissenschaftler kümmert: Bei der Sagan Series unterlegen sie die klugen Gedanken Carl Sagans mit hübschen Bildern.

»The Feynman Series« ist im Moment in drei Teilen erschienen. Beauty, Honours, Curiosity¹.

http://www.youtube.com/watch?v=cRmbwczTC6E

http://www.youtube.com/watch?v=Dkv0KCR3Yiw

via misterhonk.de

1. Das musiklizenzlich in Deutschland nicht verfügbar ist. Aber ihr könnt ja euren Hintern verstecken.