1.  Diesseits und jenseits des Urknalls

Prof. Dr. Hans-Joachim Blome, FH Aachen

Dienstag, 3. Mai 2011, 15:30 – 17:00 Uhr, School-Lab (Geb. 24)

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Der Urknall ist nach dem gut begründeten Standardmodell der Kosmologie der Beginn des Universums vor ca. 13,7 Milliarden Jahren. Entgegen spontanem Verständnis und Wortsinn bezeichnet er keine Explosion in einem bestehenden Raum, sondern die gemeinsame Entstehung von Materie, Raum und Zeit aus einer ursprünglichen Singularität. Als Begründer der Theorie gilt der belgische Theologe, Priester und Astrophysiker Georges Lemaître (1894 – 1966).

Während die Zeit unmittelbar nach dem Urknall und danach gut beschrieben ist, kommen die physikalischen Theorien bei der Beschreibung der sog. Ursprungssingularität des Urknalls an Grenzen, erst recht bei der naheliegenden Frage nach dem ›davor‹ des Urknalls. Unsere Anschauungswelt ist in einen äußeren Zeitablauf eingebettet. Doch davon muss sich verabschieden, wer eine Antwort auf die nicht unsinnige Frage nach dem ›jenseits des Urknalls‹ bekommen möchte. Sie ist nach derzeitigem Stand der Wissenschaften auf dem Gebiet der Quantengravitation zu finden.

Zum Referenten:

Prof. Dr. Hans-Joachim Blome war langjähriger wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Astrophysik der Universität Bonn und beim DLR. Seit 1999 lehrt und forscht er als Professor an der Fachhochschule Aachen im Fachbereich der Raumfahrttechnik. Seine Arbeitsgebiete sind die Gravitationsphysik, Raumflugdynamik und Kosmologie. Professor Blome hat zahlreiche wissenschaftliche und populäre Veröffentlichungen auf diesem Gebiet verfasst wie „Der Urknall” von Blome / Zaun, erschienen im C.H. Beck-Verlag.

2.  Der Urknall im Labor

Dr. Rolf Landua, CERN Genf

Dienstag, 10. Mai 2011, 15:30 – 17:00 Uhr, School-Lab (Geb. 24)

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Am CERN, dem Europäischen Kernforschungszentrum in Genf, ist im Frühjahr 2010 der gigantische Teilchenbeschleuniger LHC („Large Hadron Collider”) in Betrieb gegangen. Kollisionen von Protonen mit einer bisher unerreichten 7-Tera-Elektronenvolt-Schwerpunktsenergie – und die dabei auftretenden Phänomene – werden neue Einblicke in allerkleinste Raumdimensionen und in den Zustand des Universums gewähren, wie er eine Billionstel Sekunde nach dem Urknall war. Im Vordergrund stehen Fragen nach dem Ursprung der Teilchenmassen, dem Wesen der dunklen Materie, dem Verschwinden der Antimaterie und der möglichen Existenz zusätzlicher Raumdimensionen. Die Physiker hoffen aber auch, wertvolle Erkenntnisse über die Physik jenseits des „Standardmodells” zu gewinnen, die zur Vereinigung aller Wechselwirkungen führen könnte.

Der Vortrag gibt einen Überblick über die physikalischen Zielsetzungen, die technologischen Herausforderungen der LHC-Experimente sowie den damit möglichen Entdeckungen, und endet mit einigen Reflektionen über die Bedeutung dieser Erkenntnisse für Nicht-Wissenschaftler.

Zum Referenten:

Dr. Rolf Landua wurde 1954 in Wiesbaden geboren. Er studierte ab 1973 Physik an der Universität in Mainz, wo er 1980 promovierte. Seit 1980 forscht er am CERN, von 1982-1985 als CERN-Fellow. Seit 1987 ist er als Forschungsphysiker am CERN fest angestellt. Seine Forschungsschwerpunkte sind die Wechselwirkung von Materie und Antimaterie im atomaren und nuklearen Bereich, sowie die Materie-Antimaterie-Symmetrie. Er war Mitinitiator der ‚Antimaterie-Fabrik’ (AD) am CERN im Jahr 1996 und von 1999-2004 Leiter des ATHENA-Experiments, das im Jahr 2002 erstmalig Millionen von Antimaterie-Atomen produzierte.

Eines seiner Hauptinteressen gilt der Vermittlung der Erkenntnisse der modernen Physik an die Gesellschaft, und dort vor allem an die Schulen. Seit 2005 ist er Leiter der CERN-Abteilung für öffentliche Fortbildung, die durch Kurse für Physiklehrer und die Entwicklung geeigneter Unterrichtsmaterialien dazu beitragen will, die Faszination und die Rätsel der modernen Physik auf intuitive und nicht-mathematische Weise auch jüngeren Sekundarschülern näher zu bringen.

Er ist durch zahlreiche öffentliche Vorträge über Themen der modernen Physik einer breiteren Öffentlichkeit bekannt und arbeitet häufig als Berater und Interviewpartner in populärwissenschaftlichen Sendungen europäischer TV- und Radio-Sender. Er wurde 2003 mit dem Kommunikationspreis der Europäischen Physikalischen Gesellschaft ausgezeichnet. Im Jahr 2008 veröffentlichte er sein Buch „Am Rand der Dimensionen” (edition unseld, Suhrkamp), in dem er allgemeinverständlich die Ziele und die Herausforderungen der LHC-Experimente am CERN beschreibt.

3.  Linsen im Weltall – ein Blick auf die Dunkle Materie und Dunkle Energie

Prof. Dr. Peter Schneider, Argelander-Institut Bonn

Dienstag, 17. Mai 2011, 15:30 – 17:00 Uhr, School-Lab (Geb. 24)

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Nur weniger als fünf Prozent des Inhalts unseres Universums besteht aus ‚normaler’ Materie, die durch Emission und Absorption von Strahlung sichtbar ist; der bei weitem größte Teil des Universums besteht aus Dunkler Materie und Dunkler Energie, die sich nur durch ihre Schwerkraftwirkung bemerkbar machen. Die Dominanz der Dunklen Materie auf Skalen von Galaxien bis hin zu wahrlich kosmischen Skalen ist durch eine große Vielzahl von Beobachtungen bestätigt worden.

Eine der Vorhersagen von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie besteht darin, dass auch Licht im Schwerefeld eines Körpers abgelenkt wird; diese Vorhersage wurde im Jahr 1919 durch Beobachtungen bestätigt. Diese gravitative Lichtablenkung führt zu einer Vielzahl von beobachtbaren Phänomenen. Dazu gehören u. a. Mehrfachabbildungen oder ringähnliche Verzerrungen der Bilder von Hintergrundquellen. Durch die Analyse dieser Beobachtungen hat man ein Werkzeug zur Verfügung, was einem erlaubt, die Verteilung der Dunklen Materie in Galaxien, Galaxienhaufen und auf größeren Skalen direkt zu untersuchen und direkte Rückschlüsse auf die Dominanz Dunkler Energie zu erhalten. In diesem Vortrag werden die wesentlichen Ideen und Aspekte dieser Methode dargestellt, sowie eine Vielzahl von direkten Anwendungen.

Zum Referenten:

Professor Dr. Peter Schneider ist Astrophysiker und seit dem Jahr 2000 einer der drei Direktoren des Argelander-Instituts der Universität Bonn. Zuvor hat er an vielen in- und ausländischen astronomischen Instituten geforscht und sich eingehend der Erforschung der Galaxien, vor allem der Gravitationslinsen, sowie kosmologischen Fragestellungen gewidmet. Sein im Jahre 2005 veröffentlichtes Lehrwerk „Einführung in die Extragalaktische Astronomie und Kosmologie”, erschienen im Springer-Verlag, ist inzwischen ein Klassiker des Astronomiestudiums geworden. Für seine Arbeiten erhielt Peter Schneider mehrfach Preise, darunter auch im Jahre 1984 den Dieter-Rampacher-Preis, der Wissenschaftlern verliehen wird, die frühzeitig eine exzellente Doktorarbeit abschließen. Außerdem war und ist Peter Schneider langjähriger Herausgeber astronomischer Fachzeitschriften, Organisator von wissenschaftlichen Konferenzen, Workshops und internationalen Sommerschulen und Mitglied in zahlreichen wissenschaftlichen Gremien.

4.  Gravitationswellen – oder wenn das All vibriert

Dr. Markus Pössel, MPI für Astronomie, Heidelberg

Dienstag, 24. Mai 2011, 15:30 – 17:00 Uhr, School-Lab (Geb. 24)

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Gravitationswellen sind winzige Verzerrungen der Raumzeit, die sich wellenartig durch den Raum ausbreiten. Vorausgesagt wurde ihre Existenz Anfang des 20. Jahrhunderts von Albert Einstein, dessen Allgemeine Relativitätstheorie unter anderem die Eigenschaften solcher Wellen beschreibt. Für den indirekten Nachweis der Gravitationswellen erhielten Russell A. Hulse und Joseph H. Taylor junior im Jahre 1993 den Nobelpreis in Physik. Derzeit versuchen weltweit hunderte von Forschern mit hochempfindlichen Detektoren diese Schwerkraftwellen erstmals direkt nachzuweisen. Von diesem Nachweis versprechen sich die Astrophysiker ein neues Fenster für das Verständnis des Universums: Gravitationswellen tragen nämlich Informationen z.B. über die Eigenschaften Schwarzer Löcher und über den Zustand des Universums kurz nach dem Urknall, die auf keinem anderen Wege zugänglich sind.

Der Vortrag führt in die grundlegenden Eigenschaften dieser Wellen ein, beschreibt den aktuellen Stand der Versuche, sie direkt nachzuweisen, und gibt einen Ausblick auf das, was uns Gravitationswellen über unser Universum verraten könnten.

Zum Referenten:

Dr. Markus Pössel ist Astrophysiker und leitet das Haus der Astronomie in Heidelberg, ein Zentrum für astronomische Bildungs- und Öffentlichkeitsarbeit. Er ist der Autor zahlreicher populärwissenschaftlicher Artikel und einer Reihe von Büchern, zuletzt „Das Einstein-Fenster: Eine Reise in die Raumzeit” bei Hoffmann & Campe (2005), sowie Begründer und Redakteur des Webportals Einstein Online. Sein Hauptinteresse gilt dabei der Frage, wie sich astrophysikalische Forschungsthemen, insbesondere aus den Bereichen relativistische Physik und Kosmologie, möglichst unverfälscht elementar nachvollziehen und erklären lassen. Dr. Pössel war 1998 bis 2007 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam und wurde 2003 an der Universität Hamburg promoviert. Er war 2007-2008 als wissenschaftlicher Berater beim ersten World Science Festival in New York tätig, bevor er Anfang 2009 die Leitung des Hauses der Astronomie übernahm. Seit Januar 2010 ist er außerdem Leiter der Öffentlichkeitsarbeit des Heidelberger Max-Planck-Instituts für Astronomie.

5.  Vom Himmel hoch da komm ich her – die kosmische Höhenstrahlung

Prof. Dr. Peter Biermann, MPI für Radioastronomie Bonn

Dienstag, 31. Mai 2011, 15:30 – 17:00 Uhr, School-Lab (Geb. 24)

Seit dem Jahr 1912 wissen wir, dass aus dem Weltall sehr hochenergetische Teilchen auf uns einprasseln; diese Teilchen kommen auf ihre unglaublichen Energien durch eine Art Tennisspiel an Stoßfronten. Sehr hohe Energien werden erreicht, wenn ein Stern in seinen eigenen Wind hinein explodiert, aber noch höhere Energien, wenn die Stoßfront von einem großen schwarzen Loch verursacht wird. Von der Sonne lernen wir, wie diese Winde strukturiert sind, und diese Erkenntnis erlaubt uns, viele neue Messungen zu interpretieren, wie die Annihilationslinie im Galaktischen Zentrum, wo Materie und Antimaterie sich vernichten (Elektronen und Antielektronen). Gleichermaßen können wir das Spektrum der höchsten Energien erklären: erst Tennis an der Stoßfront eines Sterns, dann noch einmal Tennisspiel an einer Stoßfront eines spuckenden schwarzen Loches (fast 100 Millionen Sonnenmassen). Damit können sehr viele neue Messungen mit einem gemeinsamen Ansatz verstanden werden.

Jetzt werden wir Experimente der Physik bei weit höheren Energien als am LHC in CERN (Genf) durchführen können, und auf eine neue Weise mit Goethe lernen können, „was die Welt im Innersten zusammenhält”.

Zum Referenten:

Professor Dr. Peter L. Biermann ist im Ruhestand, dabei affiliert mit dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, der Universität Bonn, der University of Alabama (UA), Tuscaloosa, der University of Alabama in Huntsville (UAH), und dem Karlsruhe Institute for Technology (KIT). Er wurde ausgezeichnet mit der Chalonge Medaille in Frankreich, dem Sarojini Damodaran Preis in Indien, und dem Doktor honoris causa der Universität Bukarest, Rumänien. Ehemalige Schülerinnen bzw. Schüler sind heute akademische Lehrer aus bzw. in Australien, China, Indien, Bulgarien, Rumänien, Deutschland, Niederlande, Spanien, Mexiko, Kanada und USA. Seine Interessen richten sich auf die Physik von hochenergetischen Teilchen, aktiven galaktischen Kernen und die der dunklen Materie.

6.  Dunkle Materie und ihre Geisterteilchen

Prof. Dr. Stefan Schael, RWTH Aachen

Dienstag, 7. Juni 2011, 15:30 – 17:00 Uhr, ESA/EAC, Hörsaal (Geb. 12)

Die Astrophysik und die Kosmologie haben in den letzten Jahren mehr neue Fragen aufgeworfen als sie beantwortet haben. Wir wissen heute, dass nur etwas mehr als 10% der Materie im Universum aus Atomen, d.h. Atomkernen und Elektronen aufgebaut ist. Der größte Teil der Materie im Universum lässt sich bisher nur mittels seiner Gravitationswechselwirkung nachweisen. Da diese Form der Materie nicht an die elektromagnetische Strahlung koppelt, nennen wir sie Dunkle Materie. Vermutlich besteht die Dunkle Materie aus neuen Elementarteilchen, über deren Eigenschaften und Wechselwirkungen wir bis heute jedoch noch sehr wenig wissen.

Das Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS) soll ab Februar 2011 auf der Internationalen Raumstation ISS helfen, die Frage nach der Natur der Dunklen Materie zu beantworten. AMS wurde von einer internationalen Gruppe von Wissenschaftlern in den letzten 10 Jahren entwickelt und gebaut. Es ist das aufwendigste Messinstrument zur Erforschungen der kosmischen Höhenstrahlung, das je gebaut wurde. Aus den Energiespektren der geladenen kosmischen Höhenstrahlung, die AMS über zehn Jahre vermessen soll, erwarten wir uns Hinweise auf die Natur der Dunklen Materie.

In dem Vortrag wird das wissenschaftliche Umfeld beleuchtet und die technische Herausforderung beim Bau dieses Weltraumexperimentes dargestellt. Außerdem werden die Perspektiven für das mittelfristige Forschungsprogramm auf diesem Gebiet und Verknüpfungen mit dem Physikprogramm am Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf aufgezeigt.

Zum Referenten:

Professor Dr. Stefan Schael lehrt und forscht seit dem Jahr 2000 als Professor an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen auf dem Gebiet der Experimentalphysik, nachdem er zuvor am Max-Planck-Institut für Physik in München und am Teilchenforschungszentrum CERN bei Genf gearbeitet hatte. Im Fokus seiner Arbeit stehen Fragen zur Natur der Dunklen Materie, insbesondere über die Verknüpfung von Ergebnissen von Beschleunigerexperimenten und von Experimenten zur Astroteilchenphysik. Im Rahmen des AMS-Projekts koordiniert er die deutschen Beiträge und ist mit seiner Gruppe maßgeblich an dem Physikprogramm von AMS und an der Entwicklung und dem Bau des Übergangsstrahlungsdetektors, des Silizium-Spurdetektors und des Antikoinzidenzzähler beteiligt. Außerdem war er führend an Entwicklung und Bau des Silizium-Spurdetektors für das CMS-Experiment am Large Hadron Collider in Genf beteiligt und arbeitet mit seiner Gruppe jetzt an der Auswertung der CMS-Daten. Zusätzlich hat er mit seiner Gruppe einen neuen Spurdetektor entwickelt, der für den Einsatz in zukünftigen Stratosphärenballonexperimenten zur weiteren Erforschung der kosmischen Höhenstrahlung optimiert ist.