Paderborn. Die Manipulation von Licht ist ein zentraler Bestandteil moderner Informations- und Kommunikationstechnologien. Die Licht-Materie-Wechselwirkung kann z. B. durch den Einsatz optischer Resonatoren oder spezieller Materialien wie sogenannter Flüssigkristalle maßgeschneidert werden. Das ermöglicht es, verschiedene Zustände kleinster Lichtteilchen – auch Photonen genannt – gezielt zu erzeugen und aktiv zu steuern. Elektrische Felder erlauben die Steuerung geladener Teilchen. Eine direkte Kontrolle neutraler, also ungeladener Teilchen wie der Photonen, ist in der Praxis viel komplizierter. Aber: Sie kann durch sogenannte synthetische Eichfelder erreicht werden. In einer aktuellen Arbeit demonstrieren Wissenschaftler der Universität Paderborn und der chinesischen Tianjin University die Erzeugung solcher Felder für optische Anregungen in einer speziellen photonischen Mikrostruktur. Damit lässt sich die Emissionsrichtung und der Polarisationszustand bzw. die Schwingungsrichtung der elektromagnetischen Wellen des von der Struktur erzeugten Lichtes steuern. Die Ergebnisse wurden jetzt im Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlicht.
Schlagwort-Archive: Physik
Studium – und dann? Dr. Sören Grannemann über Tätigkeit bei dSPACE
Paderborn. Bei der Vortragsreihe „Studium – und dann?“, die jedes Semester von der Fachschaft und dem Department Physik der Universität Paderborn organisiert wird, stellen Physiker, die sich bereits im Berufsleben befinden, ihre Werdegänge vor und zeigen Studierenden Alternativen zur universitären Forschung auf. Im August wurde Dr. Sören Grannemann von dem Elektronik- und Software-Unternehmen dSPACE als Gastredner eingeladen. Grannemann ist technischer Redakteur in der Abteilung „User Documentation and Language Services“.
Tüftler und Theoretiker zugleich: Zu Grannemanns Aufgaben gehört die Dokumentation komplexer Programme in Kooperation mit Software-Entwicklern und Produktmanagern. Seit Kurzem entwickelt er außerdem KI-gestützte Werkzeuge für die Redaktion. Bei der Einarbeitung in neue Produktversionen recherchiert er regelmäßig technische Sachverhalte. Auf die Frage, wie sein Studium ihn auf die Ausübung seiner jetzigen Tätigkeiten vorbereitet hat, antwortet Grannemann: „Mehr noch als das Fachwissen helfen mir vor allem die Soft Skills täglich weiter. Aber auch die Unerschrockenheit vor komplexen Inhalten, die ich mir im Studium angeeignet habe, sowie analytisches Denken und das Anwenden von wissenschaftlichen Methoden sind hilfreich. Nicht zuletzt natürlich auch das breite technische Wissen, das ich im Studium erworben habe.“
Dass das Studium also durchaus auch etwas mit der Realität zu tun hat, wissen die Studierenden. Sie ziehen ein Vergleich zum „Paderborner Physik Praktikum 3P“, dem viersemestrigen Laborpraktikum im Studiengang Physik: „Die Arbeit von Herrn Grannemann ist in etwa vergleichbar mit der Vorbereitung auf Experimente hier im Praktikum – nur dass wir noch ein Skript zur Hilfe haben. Uns ist nochmal ganz deutlich geworden, wie wichtig die Kompetenzen, die man während des Physikstudiums erwirbt, für den späteren Beruf sind“, fasst Physikstudent Fynn Bremser zusammen. Dr. Marc Sacher, Leiter des Laborpraktikums, freut sich, dass die Studierenden die Parallelen erkennen: „Unser Laborpraktikum ist genau als Vorbereitung auf die spätere Arbeit in der Forschung und der Industrie ausgerichtet.“
In der Physik gibt es viele Berufsfelder, die für Absolventen infrage kommen: in der Forschung, der Industrie, aber auch im Management. Bei dem Physikstudium in Paderborn geht es deshalb vor allem darum, den Studierenden einen hohen Praxisbezug zu bieten und sie damit bestmöglich auf spätere Tätigkeiten vorzubereiten. Neben den Grundlagen aus Physik, Chemie und Mathematik steht auch immer angewandte Forschung im Labor auf dem Programm. Sacher fügt in seiner Rolle als Studienberater hinzu: „Der Beruf des Physikers eröffnet zahlreiche Karriereperspektiven – einige davon werden im Rahmen der Reihe vorgestellt.“
Weitere Informationen unter: physik.uni-paderborn.de sowie unter physik.uni-paderborn.de/studieninteressierte
Jungstudierenden-Programm Physik an Uni Paderborn: Infoveranstaltung
Paderborn. Für Schüler der Oberstufe, die sich über den schulischen Rahmen hinaus mit Physik beschäftigen möchten, bietet die Universität Paderborn im kommenden Wintersemester wieder die Möglichkeit, als Jungstudierende an Lehrveranstaltungen aus dem ersten Semester des Physikstudiums teilzunehmen. Im Rahmen einer Infoveranstaltung am 15. September um 18 Uhr im Raum L1.202 stellen Dozenten des Departments Physik die Lehrveranstaltungen vor und besprechen mit den interessierten Schülern und deren Eltern individuell, welche davon für den jeweiligen Kenntnisstand und die Klassenstufe infrage kommen. Um Anmeldung bis zum 12. September per E-Mail an physik@upb.de wird gebeten. Für die Teilnahme an der Veranstaltung gilt die 3G-Regel, es ist also ein Nachweis über eine überstandene Corona-Infektion, über eine abgeschlossene Impfung oder über einen negativen Corona-Test, der nicht älter als 48 Stunden sein darf, erforderlich.

Der Physik-Absolvent Michael Kismann gibt den Schülern Tipps, wie man gut durchs Studium kommt und worauf man dabei achten muss. Foto: ©Universität Paderborn, Besim Mazhiqi
Mit dem Jungstudierenden-Programm ermöglicht es das Department Physik den Schülern, zu testen, ob ein späteres Studium in diesem Bereich infrage kommt. Die angebotenen Vorlesungen werden ergänzt um wöchentliche Übungsaufgaben, die allein oder gemeinsam mit Kommilitonen bearbeitet werden. Falls die Jungstudierenden am Semesterende außerdem erfolgreich an Prüfungen teilnehmen, kann die erbrachte Leistung unter bestimmten Bedingungen für ein späteres Studium an der Universität Paderborn angerechnet werden. Sollten die entsprechenden Veranstaltungen pandemiebedingt nicht in Präsenz an der Universität stattfinden können oder sollte die Schule ihre Schüler nicht für die Teilnahme an den Lehrveranstaltungen freistellen, besteht die Möglichkeit, digital zur Verfügung gestellte Vorlesungen anzusehen und nur an den Übungen in Präsenz teilzunehmen.
SommerCamp Physik der Universität Paderborn gibt Einblicke in Studium und Berufsperspektiven eines Physikers
Jetzt bewerben bis zum 12. März
Paderborn. Vom 28. Juni bis 1. Juli veranstaltet das Department Physik der Universität Paderborn bereits zum sechsten Mal sein SommerCamp zur vertieften Studien- und Berufsorientierung. Schülerinnen und Schüler des Abiturjahrgangs 2022 können sich bis zum 12. März unter sommercamp-physik.de um einen Platz bewerben.

Foto (Universität Paderborn, Department Physik): Die Teilnehmenden des fünften SommerCamps Physik 2019 an der Uni Paderborn.
Nachdem die Veranstaltung im letzten Jahr ausfallen musste, hoffen die Veranstalter, dass das SommerCamp in diesem Jahr unter den dann geltenden Hygieneregeln stattfinden kann. Maximal 30 Teilnehmende verbringen vier Tage auf dem Campus der Universität, lernen Professoren und Physiker kennen, die ihnen ihre Fragen rund um das Studium und die Berufsaussichten beantworten. Sie lernen, Vorlesungsstoff selbstständig nachzubereiten und auf andere physikalische Fragestellungen anzuwenden.
Damit bietet das SommerCamp eine gute Möglichkeit, sich über den schulischen Rahmen hinaus mit Physik zu beschäftigen, die wissenschaftliche Arbeitsweise kennenzulernen und schon mal zu testen, ob ein späteres Studium in diesem Fach infrage kommt. Ganz nebenbei lernen sie Gleichgesinnte aus ganz Deutschland kennen, u.a. bei einer Kanu-Tour auf der Lippe. Ein Highlight ist der Besuch eines typischen Physiker-Arbeitsplatzes: das Technologieunternehmen Infineon in Warstein. Hier erleben die Schülerinnen und Schüler hautnah die Vielfalt möglicher Berufsperspektiven.
Weitere Informationen sowie das Anmeldeformular gibt es unter sommercamp-physik.de
Wissenschaftler der Universität Paderborn entwickeln neue Messmethode
Paderborn. Wissenschaftlern der Universität Paderborn ist es gelungen, eine neue Methode zur Abstandsmessung für Systeme wie GPS zu entwickeln, deren Ergebnisse so präzise wie nie zuvor sind. Mithilfe der Quantenphysik hat das Team um Leibniz-Preisträgerin Prof. Dr. Christine Silberhorn die sogenannte Auflösungsgrenze überwunden, die z. B. für das bekannte Rauschen auf Fotos sorgt. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review X Quantum“ (PRX Quantum) veröffentlicht. In „Physics“, dem Onlinemagazin des Verlags, wurde das Paper außerdem mit einem Expertenkommentar gewürdigt – ein Highlight, das nur ausgewählten Veröffentlichungen zuteil wird.
Physiker Dr. Benjamin Brecht erklärt das Problem der Auflösungsgrenze: „Bei Laser-Abstandsmessungen registriert ein Detektor zwei unterschiedlich helle Lichtpulse mit einem Zeitunterschied. Je genauer die Zeitmessung, desto genauer die Längenbestimmung. Solange der Zeitabstand der Pulse größer ist als die Pulse lang sind, ist alles in Ordnung“. Problematisch wird es dem Wissenschaftler zufolge, wenn die Pulse überlappen: „Dann kann man den Zeitunterschied mit herkömmlichen Methoden nicht mehr messen. Man nennt das “Auflösungsgrenze” und kennt den Effekt von Fotos. Sehr kleine Strukturen oder Texturen können nicht mehr aufgelöst werden. Das ist dasselbe Problem – nur im Ort anstatt in der Zeit.“
Eine weitere Herausforderung liegt laut Brecht darin, die unterschiedlichen Helligkeiten, den Zeitunterschied und die Ankunftszeit zweier Lichtpulse gleichzeitig zu bestimmen. Aber genau das ist den Wissenschaftlern gelungen – und zwar „mit quantenlimitierter Genauigkeit“, wie Brecht hinzufügt. Zusammen mit Partnern aus der Tschechischen Republik und Spanien konnten die Paderborner Physiker diese Werte selbst dann noch messen, als die Pulse zu 90 Prozent überlappten. Dazu Brecht: „Das ist weit jenseits der Auflösungsgrenze. Die Genauigkeit der Messung ist 10.000-mal besser. Mit Methoden der Quanteninformationstheorie kann man neuartige Messungen finden, die die Beschränkungen von etablierten Methoden überwinden“.
Die Ergebnisse könnten die Genauigkeit von Anwendungen wie LIDAR, einer Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung, und GPS künftig deutlich verbessern. Bis zur Marktreife werde es aber noch dauern, gibt Brecht zu bedenken.
Zur Veröffentlichung: physics.aps.org/articles/v14/1.
Neues Institut für die Technologie der Zukunft
Universität Paderborn bündelt Kompetenzen auf dem Gebiet der Additiven Fertigung
Paderborn. Die Universität Paderborn hat mit dem neuen „Paderborner Institut für Additive Fertigung“, kurz PIAF, eine zentrale wissenschaftliche Einheit eingerichtet, die der wachsenden Bedeutung der Additiven Fertigung – umgangssprachlich auch 3D-Druck genannt – Rechnung trägt.
Dabei handelt es sich um eine Kerntechnologie für die industrielle Produktion der Zukunft mit bisher ungeahnten Möglichkeiten, insbesondere im Zusammenhang mit Industrie 4.0. An dem Institut werden zahlreiche Kompetenzen gebündelt: Wissenschaftler der Fakultäten für Maschinenbau, Naturwissenschaften, Wirtschaftswissenschaften sowie Elektrotechnik, Informatik und Mathematik arbeiten interdisziplinär zusammen, um die grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung sowie den Transfer in die industrielle Praxis voranzutreiben. An den Innovationsvorhaben sind auch namhafte Partner aus Wissenschaft und Industrie beteiligt, die den trans- und interdisziplinären Charakter des Instituts verstärken.
„Die Additive Fertigung ermöglicht in vielen Fällen eine effizientere Herstellung von hochwertigeren Bauteilen und Produkten. Durch den flexiblen Einsatz ist sie für viele Branchen und Anwendungen interessant. Insbesondere weil sie die wirtschaftliche Herstellung von kleinen Stückzahlen oder sehr komplexen Bauteilen erlaubt. Die Herausforderungen, um diese Technologie industriell zu etablieren, sind vielfältig und reichen von der Materialentwicklung über die Konstruktion und den Bauprozess bis zur softwaretechnischen Prozesssteuerung“, sagt Prof. Dr. Hans-Joachim Schmid, Gründungs-Vorstandsvorsitzende
Geschäftsführer Dr. Christian Lindemann erklärt: „Unsere Arbeit zielt auf die Entstehung von Innovationen entlang der gesamten Prozesskette ab. Das umfasst Werkzeuge der Produktentwicklung, angepasste Produktionsplanung, Produktionsvorbereitung, den gesamten additiven Fertigungsprozess und die Nachbearbeitung.“
Um eine bestmögliche Weiterentwicklung der Additiven Fertigung für die Industrie zu bewerkstelligen, werden Methoden des Maschinenbaus wie die Verfahrens- und Reglungstechnik mit denen der Softwareentwicklung sowie der Chemie und Physik kombiniert. „Diese besondere Interdisziplinarität fördert nicht nur die fakultätsübergreifende Forschung, sondern vor allem auch den Wissens- und Technologietransfer für Gesellschaft und Wirtschaft“, sagt Simone Probst, Vizepräsidentin der Universität.
„Die Forschungsergebnisse fließen direkt in die Lehre ein. Insofern hilft das Institut mit seiner außergewöhnlichen Forschungsstärke auch, Ingenieurinnen und Ingenieure auszubilden, die mit dieser wichtigen Zukunftstechnologie eng vertraut sind“, ergänzt Prof. Schmid.
Größter molekularer Spin nahe eines Quantenphasenübergangs
Internationales Forschungsprojekt im Grenzbereich von Physik und Chemie
Bielefeld. Ein internationales Forschungsteam um Professorin Dr. Annie Powell, Chemikerin am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), und Professor Dr. Jürgen Schnack, Physiker an der Universität Bielefeld, hat ein neues magnetisches Molekül synthetisiert. Es hat nachgewiesen, dass dieses den größten bisher erreichten Grundzustandsspin aufweist und stellte seine neuen Erkenntnisse am 26.02.2018 im neuen Nature Partner Journal „npj Quantum Materials“ vor. An den Untersuchungen beteiligt waren neun Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Bielefeld, des KIT, der Universität Magdeburg sowie der Università di Modena e Reggio Emilia (Italien).
Jedes einzelne Elektron besitzt einen quantenmechanischen Eigendrehimpuls, auch Spin genannt. Das neue, an der Universität Bielefeld modellierte und am KIT synthetisierte magnetische Molekül weist im Grundzustand einen Spin auf, der so groß ist wie der von 120 Elektronen zusammen. Es handelt sich demnach um den größten Spin, der bisher in einem einzelnen Molekül erreicht wurde. Magnetische Moleküle sind Moleküle, die magnetische Ionen wie Eisen oder Gadolinium enthalten. Das magnetische Molekül, das die Forschungsgruppe synthetisiert und untersucht hat, wird „Fe10Gd10“ abgekürzt. Es hat die geometrische Struktur eines Torus, ähnlich der eines Rettungsrings.
„Im Fall des neuen Moleküls kommt eine unerwartete Eigenschaft hinzu, die auch ganz andere Anwendungen ermöglicht“, sagt Jürgen Schnack. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des interdisziplinären Forschungsprojektes fanden nämlich weiter heraus: Es gibt einen sogenannten Quantenphasenübergang, der die Eigenschaft des Moleküls stark beeinflusst. Bei Quantenphasenübergängen ändern Substanzen ihr Verhalten an sogenannten quantenkritischen Punkten fundamental. Bekannt sind „klassische“ Phasenübergänge zum Beispiel bei Wasser, das bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur zu kochen beginnt. Quantenphasenübergänge finden beim absoluten Temperaturnullpunkt statt. In dem neu synthetisierten Molekül Fe10Gd10 sind beim Übergang zehntausende Zustände entartet. Das heißt, sie haben die gleiche Energie. Auf dieser absolut ebenen Energiefläche kann ohne Energieaufwand zwischen den einzelnen Zuständen hin- und hergeschaltet werden. Die thermodynamische Größe Entropie nimmt in so einer Situation riesige Werte an. „Es ist, als würde man auf einem hohen, spitzen Berg stehen“, erklärt Annie Powell. „Eine kleine Änderung der äußeren Bedingungen, zum Beispiel des Drucks, reicht aus und es geht sofort steil abwärts.“ In Zukunft soll daher untersucht werden, wie sich das Molekül Fe10Gd10 durch äußeren Druck über den quantenkritischen Punkt führen lässt.
Jürgen Schnack forscht seit etwa 20 Jahren in weltweiten Verbünden an magnetischen Molekülen. Das Ziel der Erforschung magnetischer Moleküle besteht darin, sie passgenau für verschiedene Zwecke zu konstruieren, z.B. als Nano-Datenspeicher oder als Kühlmoleküle.
DFG fördert Projekt der Universität Paderborn zur Studieneingangsphase in der Physik
Paderborn. Das Projekt „Kompetenzentwicklung Physik in der Studieneingangsphase“ der Universität Paderborn wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit rund 300.000 Euro für eine Dauer von drei Jahren gefördert. Mit dem Vorhaben sollen Studienanfänger der Physik dabei unterstützt werden, fachliche Kompetenzen zu entwickeln, um so bessere Lernziele und Studienerfolge zu erreichen. So sollen mittelfristig u. a. die hohen Studienabbruchquoten verringert werden. Ziel ist es auch, den Lehrenden der Physik konkrete Maßnahmen an die Hand zu geben, um den Fachwissenserwerb in der kritischen Zeit der Studieneingangsphase gezielt verbessern zu können.
„Aktuelle Studien zeigen eine ganze Reihe von Problemen in der Eingangsphase“, sagt Dr. David Woitkowski von der Physikdidaktik der Universität Paderborn, der das Projekt koordiniert. Der Wissenschaftler will vor allem Entwicklungsmuster im Fachwissen der Studienanfänger identifizieren, um so individuelle Fördermaßnahmen entsprechend zu entwickeln oder anzupassen.
Für das Projekt wurden schon in den vergangenen Jahren Erstsemesterstudierende in Paderborn und an Universitäten deutschlandweit während der Studieneingangsphase auf ihr Fachwissen getestet. Woitkowski, der das Vorhaben mit den nun eingeworbenen Mitteln als Postdoc-Projekt realisiert, interessiert vor allem, wie sich das schulische Vorwissen in Mathematik und Physik konkret auf den universitären Lernerfolg auswirkt und welche Rolle dabei z. B. Motivation und physikbezogene Vorstellungen spielen.
„Mit der Förderung durch die DFG kommt ein zweites Standbein dazu, in dem individuelle Lösungsprozesse genauer untersucht werden können“, erklärt Woitkowski. Dabei soll insbesondere geklärt werden, über welche Problemlösestrategien die Studierenden verfügen, auf welche Ressourcen sie dabei zurückgreifen und wie diese Fähigkeiten im Studium erworben werden.
Erste Ergebnisse aus den Vorstudien zum Fachwissen werden in Kürze veröffentlicht. Mit ersten Ergebnissen zum Problemlösen rechnen die Wissenschaftler 2019.
Neuer Bachelorstudiengang Physik der Universität Paderborn akkreditiert
Wahlweise Schwerpunktsetzung auf Mathematik, Naturwissenschaften oder Französisch
Paderborn. Ab dem Wintersemester 2017/2018 startet der grundlegend neu konzipierte und auf eine individuelle Profilbildung der Studentinnen und Studenten ausgerichtete Bachelor-Studiengang Physik an der Universität Paderborn. Der Bachelor Physik kann in den Varianten „Mathematik“, „Naturwissenschaften/Technik“ und „Französisch“ studiert werden.
Die Studienvariante „Naturwissenschaften/Technik“ enthält anwendungsnahe Mathematik-Vorlesungen, Chemie und ein umfangreiches Laborpraktikum, das mit einem eigenen größeren Projekt endet. Im Rahmen der Variante „Mathematik“ hören die Studierenden die abstrakteren Mathematik-Veranstaltungen „Analysis“ und „Algebra“, wie sie sonst für Studierende der Mathematik obligatorisch sind. Diese Studienvariante erlaubt bis zum dritten Semester einen problemlosen Wechsel zwischen den Studienfächern Mathematik, Physik und Lehramt Mathe/Physik. Die dritte Variante „Französisch“ ist so konzipiert, dass das 5. und 6. Semester im Ausland studiert werden kann. Dies könnte z. B. an der Universität von Le Mans, Partnerstadt von Paderborn, erfolgen.
Um auf eine spätere Tätigkeit in interkulturellen Teams in Forschung und Industrie vorzubereiten, sind in allen Studienvarianten Sprachkurse (wahlweise Englisch oder Französisch) enthalten, die einen Fokus auf Lesen und Schreiben von Fachliteratur und die Teilhabe an Fachgesprächen legen. Alle Studienvarianten werden durch den Physiktreff, der mit zielgerichteten und betreuten Lernangeboten die Studierenden in den ersten Semestern unterstützt, ergänzt.
Ein Schwerpunkt in allen Studienvarianten ist neben der Vermittlung des Fachwissens die systematische Förderung der wissenschaftlichen Forschungsmethodik: Beginnend im ersten Semester werden im Paderborner Physik-Praktikum wie im realen Forschungsalltag Experimente geplant, aufgebaut und durchgeführt sowie reflektiert und interpretiert.
„Die zahlreichen Neuerungen in unserem Studiengang sind das Ergebnis der Beobachtungen und Evaluationen der zurückliegenden Jahre“, so Prof. Dr. Torsten Meier, Dekan der Fakultät für Naturwissenschaften: „Mit der systematischen Integration der Förderung überfachlicher Kompetenzen, der Flexibilität bei der Wahl der Studienschwerpunkte und der systematischen Berufsvorbereitung haben wir aktuell den innovativsten Physikstudiengang überhaupt.“ Weitere Informationen: physik.upb.de/studiengang
Foto: Universität Paderborn
Verantwortlich für die neuen Bachelor-Studiengänge (v. li.): Dekan Prof. Dr. Torsten Meier, Studentin Nicola Skupin, Sprecher der Physik Prof. Dr. Wolf-Gero Schmidt, Leiterin des Physiktreffs Anna Bauer und Studienberater Dr. Marc Sacher.