Gefangen unter extremen Bedingungen – Was sagen uns Atome und Moleküle?

Die Massen einzelner Ionen und das Schwingungs-/Rotationsverhalten von Molekülen sind so einzigartig wie der Fingerabdruck bei einem Menschen. Zudem geben sie uns Auskunft über fundamentale Wechselwirkungen und helfen bei der Erforschung elementarer Prozesse, die zur Bildung und Zerstörung von Molekülen unter extremen Bedingungen führen. Zur Untersuchung werden kurzlebige Radionuklide, Antimaterie, hochgeladene Ionen oder einfache Molekülionen in Penningfallen oder im kryogenen Speicherring CSR unter Weltraumbedingungen gefangen. Der Vortrag gibt einen Überblick über den aktuellen Forschungsstand auf diesen Gebieten.

Das Universum bei den höchsten Energien

Das Universum sieht bei verschiedenen Wellenlängen des Lichts sehr unterschiedlich aus – von Radiowellen über sichtbares Licht bis hin zu Röntgen- und Gammastrahlen. Bei jeder Wellenlänge haben wir bereits etwas Neues und Wichtiges über das Universum gelernt. Am MPIK bauen wir Observatorien für die energiereichsten Photonen, die jeweils eine Milliarde Mal energiereicher sind als Röntgenstrahlen. Mit diesen Observatorien entdecken wir einige der extremsten und ungewöhnlichsten kosmischen Systeme und Prozesse. Wie machen wir das? Was können wir lernen? Dieser Vortrag wird einen Einblick in unsere Arbeit in diesem spannenden Bereich zwischen Astronomie und Hochenergiephysik geben.

Laser stellen Fragen – Elektronen antworten: Wie schnell können wir in die Zukunft rechnen? Können wir Spuren Dunkler Materie finden?

Das von Lasern kontrollierbar erzeugte Licht bewegt mit seinem elektrischen Feld die geladenen Elektronen in Atomen. Abhängig von der Stärke des Lichts "kitzeln" oder "zerren" seine elektrischen Felder an den Elektronen. Bei exakt eingestellter "Farbe" kann ein Laser als höchstpräzises Uhrwerk und empfindlichster Sensor genutzt werden. Laser erzeugen auch buntes und sogar weißes Licht, bei dem alle Farben so aufeinander abgestimmt sind, dass nur für den Billiardstel-Teil einer Sekunde ein extrem heller Lichtblitz entsteht, was auch zum letzten Nobelpreis für Attosekunden-Physik (2023) geführt hat. In unserem Vortrag beleuchten wir, was wir in unserer aktuellen Forschung von Elektronen lernen können, wenn wir sie mit Laserlicht befragen: entweder im Flüsterton in einem langen Gespräch auf der Suche nach geheimnisvoller dunkler Materie sowie auch ganz kurz auf lauten Zuruf zur blitzschnellen Verarbeitung von Information.

Die dunklen Seiten des Universums

Die unendlichen Weiten des Universums sind faszinierend und sie tragen immer wieder zur Veränderung unseres Weltbilds bei. In der modernen Kosmologie können 95 % des Universums nicht aus gewöhnlicher Materie, die wir kennen, bestehen. Stattdessen wird das Universum vermutlich von dunklen Teilchen dominiert, womit Abermilliarden sichtbare Sterne und Galaxien nur die Spitze des Eisbergs der darunter liegenden, dunklen kosmischen Strukturen sind. Der Vortrag erklärt, wie man indirekt auf dieses verblüffende Bild des Universums kommt und wie man dunkle Teilchen sichtbar machen kann. 

Quantendynamik am Limit: Materie in extremen Lichtfeldern

Die Gesetze der Physik im Grenzbereich des Machbaren zu testen, ist interessant, weil hier Abweichungen vom etablierten Wissen denkbar sind, aber auch Anwendungen optimiert werden können. In extremen Lichtfeldern von intensivsten Laserpulsen oder im Umfeld und innerhalb von Atomkernen ist die Quantenwelt noch weitgehend unerforscht. Im Vortrag soll zunächst ein Einblick in neueste Untersuchungen der Quantendynamik in diesen Situationen gegeben werden. Der Schwerpunkt des Vortrags sind danach unsere aktuellen Experimente zur kontrollierten Quantendynamik in Atomkernen durch intensive Röntgenpulse und wie diese zum Beispiel genutzt werden können, um noch genauere Uhren zu bauen.