Aus NaturWissenschaft und Technik

Programm:

15:45  Begrüßung und Moderation
Dr. Kathrin Rübberdt, DECHEMA e.V., Frankfurt am Main

15:50  CO2 Nutzung durch Power to X Technologien
Prof. Rüdiger Eichel, Forschungszentrum Jülich

16.20  Klimaschutz und Atmosphärenchemie
Prof. Dr. Hartmut Herrmann, Institut für Troposphärenforschung, Leipzig

17.00  Klimaschutz als Geschäftsmodell
Sabine Nallinger, Stiftung 2° - Deutsche Unternehmer für Klimaschutz, Berlin

17.30  Klimaschutz und Biodiversität – Zielkonflikte und Synergien
Prof. Dr. Dr. h.c. Volker Mosbrugger, Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, Frankfurt am Main

Zur Zeit entsteht in Darmstadt das internationale Beschleunigerzentrum FAIR. An der Anlage kann Materie unter extremen Bedingungen untersucht werden: So können die extrem hohen Temperaturen, Drücke und Dichten in großen Planeten, Sternen und Sternexplosionen nachgestellt werden. Die Experimente liefern einen Blick ins Innere: Wie verhält sich Materie im Zentrum eines Neutronensterns?

Teilchenbeschleuniger dienen dazu, neue und wissenschaftlich interessante Teilchen zu produzieren. Dazu beschleunigt man zum Beispiel Protonen, lässt sie auf andere Protonen stoßen, aus der Stoßenergie entstehen neue Teilchen und dann... Ja, was dann? Klar, da gibt es diese riesigen Detektoren. Aber wie funktionieren die eigentlich und was muss man beachten, wenn man einen bauen will? Ein Bericht aus dem Maschinenraum der Kern- und Teilchenphysik.

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Sehr genaue Messungen erfordern besondere Vorbereitung. Wir beschäftigen uns mit hochgenauen Messungen an exotischen Ionen. Das sind entweder Ionen mit nur noch ganz wenig Elektronen oder aber Ionen kurzlebiger Isotope. Um die notwendige Beobachtungszeit und damit Genauigkeit zu erreichen, werden diese Ionen gespeichert - in Ionenfallen oder Speicherringen. Der Vortrag beschäftigt sich mit dem Warum und dem Wie.

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Wie uns eine Ištar-Statuette aus dem Louvre von den Handelsbeziehungen der Babylonier 250 v.Chr. erzählt; wie man James Bond grober physikalischer Schnitzer überführt; wie man den wunderbaren Goldschmuck entdeckt, den die ägyptische Königin Teje nach dem Tod ihres Gatten nicht mehr zeigen durfte; wie man sicher französischen von australischem Wein unterscheiden kann; wie man den Inhalt von Überraschungseier sicher erkennen kann; wie der Atombombentestpeak einen Maya-Codex als Fälschung entlarvte; wie man das Alter der Schweizer Conföderation bestimmen kann; wie man ein van-Gogh-Bild unter einem anderen van-Gogh-Bild entdeckt; wie man Goethe beim Korrigieren zuschauen kann. Mit passender Physik geht das alles.

Bei GSI in Darmstadt entsteht gerade in internationaler Zusammenarbeit die FAIR-Beschleunigeranlage, eines der größten Bauprojekte für die Forschung weltweit. Die vorhandenen Anlagen des Forschungszentrums werden als Vorbeschleuniger für FAIR dienen. Wie funktioniert ein Schwerionenbeschleuniger? Wieso braucht man bei GSI und FAIR so viele Ringe und welche Funktionen haben sie? Wieso ist die Anordnung und Form der FAIR-Anlagen genau so, wie sie gerade aufgebaut wird?

Wie viele chemische Elemente gibt es? Diese Frage ist nach wie vor offen. Aktuell kennen wir 118 Elemente, von denen die schwersten in der Natur nicht vorkommen. Man kann diese „superschweren“ Elemente mit Hilfe von Beschleunigern herstellen, wie sie an der GSI in Darmstadt existieren. Allerdings kann man nur geringe Mengen von wenigen Atomen produzieren und die hergestellten Atomkerne zerfallen nach kurzer Zeit wieder, was ihre Untersuchung weiter erschwert. Dennoch können wir heutzutage viele Eigenschaften dieser Elemente experimentell bestimmen. Dieser Vortrag beschäftigt sich mit der Herstellung superschwerer Elemente und zeigt exemplarische Messungen, aus denen man z.B. etwas über die Form und Größe der Atomkerne lernen kann.

Ionenstrahlen wie sie an den Beschleunigeranlagen der GSI verfügbar sind, bieten einzigartige Möglichkeiten zur Veränderung und Strukturierung von Materialien. Im Bereich Materialforschung werden hochenergetische Ionen als Werkzeug eingesetzt, um kleinste Nanostrukturen herzustellen und ihre einzigartigen Eigenschaften zu erforschen. Wir zeigen Anwendungsbeispiele von bioinspirierten Nanoporen und Nanodrahtstrukturen als Sensoren. Außerdem stellen wir Bestrahlungsexperimente vor, in denen wir physikalische und chemische Effekte untersuchen, die durch kosmische Strahlung im Weltall verursacht werden.

In diesem Vortrag werden wir etwas über Luftverschmutzung lernen, und uns dabei auf die Rolle von kleinen Partikeln in der Luft (auch bekannt als Feinstaub) konzentrieren. Aus welchen Quellen stammt der atmosphärische Feinstaub, und welche Möglichkeiten haben wir, Feinstaub physikalisch zu messen und chemisch zu charakterisieren? Wir werden den Blick über den Tellerrand wagen und die Situation an Pollution-Hotspots weltweit beleuchten, aber auch kritisch die Europäischen Grenzwerte für Feinstaub diskutieren. Aus unserer Forschung am Institut für Atmosphäre und Umwelt der Goethe-Universität werde ich neueste Erkenntnisse über Ultrafeinstaub im Rhein-Main Gebiet präsentieren, sowie einen Einblick in die natürliche, vorindustrielle Zusammensetzung von Feinstaub geben, welche aus einem Eisbohrkern rekonstruiert wurde.

Dürreperioden sind lange Zeiträume, in denen es ungewöhnlich wenig Wasser gibt: weniger Niederschlag, weniger Bodenwasser und Grundwasser oder weniger Durchfluss in den Flüssen als normal. Bodenwasserdürren schädigen Wälder und die Produktion von Nahrungsmitteln. Hydrologische Dürren mit weniger Wasser als normal in Grundwasser, Seen und Flüssen gefährden die Wasserversorgung und die Energieerzeugung, aber auch das Wohlergehen aquatischer Lebewesen. Im Vortrag wird gezeigt, mit welchen Methoden das Auftreten von Bodenwasserdürren und hydrologischen Dürren in Deutschland und global bestimmt und ihre Stärke quantifiziert werden können. Zudem wird diskutiert, welchen Einfluss der menschgemachte Klimawandel auf Dürren hat.

Neutronensterne sind exotische Überreste massereicher Sterne: ihr Radius beträgt nur etwa zehn Kilometer bei einer Masse von bis zu zwei Sonnenmassen. Mittels neuester röntgenastronomischer Beobachtungen konnten nun die Radien von Neutronensternen sehr viel genauer bestimmt werden. Neue Messungen von Gravitationswellen aus der Kollision zweier Neutronensterne durch die Instrumente LIGO, VIRGO und KAGRA geben Hinweise auf weitere Eigenschaften dieser kompakten kosmischen Objekte. Im Vortrag wird der aktuelle Forschungstand vorgestellt und ein Ausblick auf künftige astrophysikalische Beobachtungen gegeben.
Karl Schwarzschild – Ehrenmitglied des Physikalischen Vereins – veröffentlichte schon 1916 die ersten beiden exakten Lösungen der Einsteinschen Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie. Eine davon beschreibt die Grenze, ab der Neutronensterne zu einem Schwarzen Loch kollabieren.

Licht ist die ultimative Energiequelle und bildet die Grundlage für alles Leben auf unserem Planeten. Photorezeptoren nutzen Licht in zellulären Reaktionen für Energieumwandlung, Sehprozess, Motilität, biologische Uhren oder sexuelle Zyklen. Einige dieser Photorezeptoren werden mittlerweile erfolgreich als optogenetische Werkzeuge in den Neurowissenschaften eingesetzt. Das ständig wachsende Verständnis der zugrundeliegenden photophysikalischen und photochemischen Prozesse, erlaubt mittlerweile auch eine präzise räumlich-zeitliche Steuerung zellulärer Vorgänge durch maßgeschneiderte, lichtabhängige Moleküle wie Photoschalter oder photolabile Verbindungen. Mit zeitaufgelöster optischer Spektroskopie können diese Prozesse synchronisiert, beobachtet und kontrolliert werden.

Kristalle begeistern die Menschen durch ihre Schönheit und Symmetrien schon sehr lange, sie künstlich herzustellen, ist eine Kunst und Wissenschaft für sich. Unverzichtbarer Bestandteil sind sie außerdem für den technologischen Fortschritt und Bestandteil von fast jedem elektronischen Bauteil. Auch für die Festkörperforschung in Frankfurt sind künstlich hergestellte Kristalle Ausgangspunkt für vielfältige wissenschaftliche Neuentdeckungen im Bereich korrelierter Quantensysteme. In diesem Vortrag werden wichtige Grundlagen zur Kristallzüchtung vorgestellt und Beispiele unserer aktuellen Forschungsprojekte präsentiert.