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Sonntag, 11.12.2016
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Top Ten der Physik 2014 gekürt

Die Kometenlandung der Rosetta-Mission ist der Durchbruch des Jahres

Der physikalische Durchbruch des Jahres 2014 ist - die erste Kometenlandung. Die Rosetta-Mission und ihren Lander Philae kürte die Fachzeitschrift "Physics World" zum eindeutigen Highlight des Jahres. Unter den Top Ten sind aber auch der erste Nachweis solarer Neutrinos, der "Fuel-Gain" bei der Kernfusion, ein Blick auf das kosmische Netzwerk und ein Traktorstrahl aus Schallwellen.
So sollte es aussehen: Landesonde Philae auf dem Kometen - aber er driftete weg und steht nun schief und im Schatten

So sollte es aussehen: Landesonde Philae auf dem Kometen - aber er driftete weg und steht nun schief und im Schatten

Sie ist das historische Ereignis des Jahres und ein großer Durchbruch für die Raumfahrt: die erste Landung einer Raumsonde auf einem Kometen. Am 12. November um Punkt 17:03 Uhr war es soweit: "Philae ist angekommen und redet mit uns" – mit diesen Worten verkündete der Leiter des Lander-Teams, Stefan Ulamec vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), den Erfolg. Die nur kühlschrankgroße Raumsonde Philae hatte nach einer zehnjährigen Reise auf der Oberfläche des Kometen 67P/Churyumov–Gerasimenko aufgesetzt.

Einzigartiger Durchbruch trotz Pannenlandung


Ganz problemlos war diese Landung allerdings nicht. Weil der Lander abprallte und in einer schattigen Spalte landete, erzeugten seine Sonnensegel zu wenig Energie. Aus Strommangel ging Philae daher nach nur 57 Stunden in den Ruhezustand. Doch selbst in dieser kurzen Zeit leistete der kleine Lander ganze Arbeit und absolvierte sein gesamtes Wissenschaftsprogramm. Schon die ersten Auswertungen der dabei gesammelten Daten lieferten einzigartige und überraschende Einblicke in die Natur der Kometen.

"Durch die Landung von Philae auf einem weit entfernten Kometen hat das Rosetta-Team ein neues Kapitel in unserem Verständnis darüber aufgeschlagen, wie sich das Sonnensystem entwickelte - und letztlich auch wie das Leben auf der Erde entstand", begründet "Physics World"-Herausgeber Hamish Johnston die Entscheidung. Zudem sei die Kometenlandung eine Meisterleistung der Raumfahrt. "Die Auszeichnung gebührt auch der technologischen Tour de Force, zehn Jahre lang einem Kometen hinterherzujagen und dann ein Labor auf seiner Oberfläche zu deponieren", so Johnston.


Quasare beleuchten die Struktur des kosmischen Netzwerks

Quasare beleuchten die Struktur des kosmischen Netzwerks

Kosmisches Netz und solare Neutrinos


Neben diesem physikalischen Durchbruch des Jahres kürten die Herausgeber und Redakteure noch neun weitere Leistungen des Jahres 2014. Kriterien für die Wahl waren dabei: eine fundamentale Bedeutung für die Forschung, ein signifikanter Erkenntnisgewinn, eine enge Verbindung zwischen Theorie und Experiment und die Relevanz für die Physik als Ganzem. Unter diesen neun wurden keine Ränge verteilt, ihre Reihenfolge ist daher beliebig.

Das kosmische Netzwerk: Im Januar 2014 gelang Astronomen erstmals ein direkter Blick auf das riesige Netzwerk aus Gas, das das gesamte Universum durchzieht. Diese Filamente aus Wasserstoffgas sind quasi die Adern des Kosmos, sie versorgen die Galaxien mit Gasnachschub. Erst das starke Licht eines Quasars ließ nun einen Teil dieses Netzwerks aufleuchten und enthüllte so dessen dreidimensionale Struktur.

Solare Neutrinos: Im August 2014 wiesen Forscher erstmals solare Neutrinos nach – Teilchen, die bei der Fusion von Wasserstoff im Sonneninneren entstehen. Die mit Hilfe des Borexino-Detektors in den italienischen Alpen erhobenen Daten belegten, dass unsere Vorstellungen über die solaren Fusionsvorgänge stimmen und zeigten erstmals, wie hoch die momentane Fusionsrate der Sonne wirklich ist – denn das Sonnenlicht ist bereits 100.000 Jahre alt, wenn es die Sonnenoberfläche verlässt.

Blick in die Mini-Fusionskammer

Blick in die Mini-Fusionskammer

Fuel-Gain und Traktorstrahl


Mit Hilfe starker Laser gelang Physikern ein wichtiger Fortschritt in der Kernfusion: Es gelang ihnen erstmals, mehr Energie aus einem Fusions-Brennstoff herauszuholen als sie zuvor hineingesteckt hatten. Dafür heizten sie ein Brennstoffpellet aus Deuterium und Tritium mit Hilfe von Laserpulsen so stark auf, dass dabei einige Atome miteinander verschmolzen.

Ein Traktorstrahl aus Schallwellen – das klingt wie "Star Trek", ist aber reale Physik. Forschern gelang es, ein winziges dreieckiges Objekt allein durch die Kraft von Ultraschall-Wellen zu bewegen. Zwei Ultraschall-Bündel wurden dafür so auf die Seiten des gleichschenkeligen Dreiecks gerichtet, dass der Schalldruck das Dreieck auf die Ultraschallsender zu schob.

Supernova, Elektronen und ein Spin-Hologramm


Supernova im Labor: Die Mini-Version einer Sternenexplosion erzeugten Physiker mit Hilfe von Laserstrahlen in einem britischen Labor. Sie richteten drei energiereiche Laser in einer mit Argon-Gas gefüllten Kammer auf ein kleines Kohlenstoffstäbchen und heizten es so stark auf, bis es explodierte. Diese Explosion erzeugt eine asymmetrische Schockwelle, die der einer Supernova gleicht.

Magnetismus von Elektronen: Jedes Elektron besitzt ein magnetisches Moment, es reagiert dadurch wie ein winziger Stabmagnet auf Magnetfelder. Erstmals ist es in diesem Jahr Forschern gelungen, die extrem schwache gegenseitige Wechselwirkung der magnetischen Momente zweier Elektronen experimentell zu messen.

Spin-Hologramm: Im Februar stellten Forscher einen neuen Typ von Datenspeichern vor, der auf der Interferenz von Spinwellen beruht. Die Datenbits werden dabei durch die Orientierung eines Magnetfelds zwischen zwei Magneten gespeichert, über kleine Antennen geschickte elektrische Signale erlauben das Auslesen.

Glasfaser und Quanten-Kompression


Verbesserte Glasfaser: Praktischen Nutzen hat eine im Januar 2014 veröffentlichte Entwicklung: Physiker nutzten gezielt eingebaute Unreinheiten in der Kristallstruktur von optischen Leitern, um die Qualität der über diese Faser übermittelten Bilder zu erhöhen. Diese auf der sogenannte Anderson Lokalisation beruhende Technik könnte die Datenübertragung verbessern.

Kompression für Quantendaten: Forscher haben erstmals eine Methode entwickelt, mit der sich auch in Quantenbits gespeicherte Information komprimieren lässt. Statt drei Qubits werden dann für die gleichen Information nur noch zwei benötigt. Noch funktioniert das Ganze zwar nur für diese kleinen Einheiten, es zeigt aber, dass eine Kompression von Quantendaten grundsätzlich möglich ist.
(Institute of Physics / Physics World, 12.12.2014 - NPO)
 
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