The Lightning Foundry

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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!

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:

Weiterlesen

  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. []

LHC kombiniert: noch kein Higgs

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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:

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!

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

Übrigens haben CMS und ATLAS inzwischen jeweils etwa 5 “inverse Femtobarn” an Daten aufgenommen, mehr als doppelt so viel wie für die obige Veröffentlichung ausgewertet wurde. Da der LHC momentan Blei-Blei-Kollisionen produziert, kommt da auch bis Anfang nächsten Jahres nichts mehr zu. Diese Daten werden momentan ausgewertet. Eigentlich kann es also nicht mehr länger als einige Wochen dauern, bis wir wissen, ob es das Higgs gibt oder nicht. Lange kann es sich nicht mehr verstecken! Wenn man denn unbedingt will kann man in den bisher veröffentlichten Plots bei niedrigen Massen durchaus ein Higgs-Signal erahnen. Aber mehr eben nicht. Das wird sich ändern. Die Frage ist nur, wie. Das Popcorn liegt schon im Konferenzraum bereit. Yay yay!

  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 []

Facebook Roundup Oktober 2011

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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
  • 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.«
  • 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

physikBild #3: Polarlichter (Aurora borealis)

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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.

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

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:


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

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. []

The Feynman Series

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

Richard Feynman hat nicht nur hervorragende, wissenschaftliche Entdeckungen gemacht. Er hat auch tolle andere Dinge von sich gegeben, vorzugsweise, wenn er in großen Sesseln saß.

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.

via misterhonk.de

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