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Helles Licht und - mpi-hd.mpg.de · 2 3 Tipps für Ihren Rundgang Sie können die Gebäude in beliebiger Rei-henfolge ansteuern. In diesem Programm-heft sind alle Stationen, gegliedert

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Tag der offenen Tür 16. September 2018

10 bis 17 Uhr

Helles Licht

und

1958 2018

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Tipps für Ihren Rundgang

Sie können die Gebäude in beliebiger Rei-henfolge ansteuern. In diesem Programm-heft sind alle Stationen, gegliedert nach Gebäude und Etage, kurz beschrieben. Übersichtspläne finden Sie auch in den Ein-gangsbereichen aller Gebäude. Bitte folgen Sie in Gebäude E und F den dort ausgeschil-derten Rundgängen.

Für Kinder sind die Stationen B1, B8, B14 und C10 besonders zu empfehlen.

Vorträge hören können Sie an den Sta-tionen A1 (Direktoren), A3 (Radioakti-vität), A4 (Neutrino trifft Atomkern), B4 (gespeicherte Ionen), B13 (Neutrino- und Astroteilchenphysik), C11 (theoretische Quantenphysik) und E8 (Materie und An-timaterie).

Wir bitten Sie, eventuelle Sicherheitshinweise an ein-zelnen Stationen in Ihrem eigenen Interesse unbedingt zu beachten und ausschließ-lich im Freien zu essen, zu trinken und zu rauchen.

A Hörsaal / Bibliothek S. 4-5B Wolfgang-Gentner-Laboratorium S. 6-9C Walther-Bothe-Laboratorium S. 10-13D Technik / Konstruktion S. 14-15E Elektronik S. 16-17F Experimentierhallen S. 18-24G Pforte

Liebe Besucherinnen und Besucher,

werfen Sie einen Blick auf unsere vielfälti-ge Forschung mit und an hellem Licht und dunklen Teilchen. Begleiten Sie uns auf einer ‚Reise‘ zu kosmischen Beschleunigern, ins ‚Innenleben‘ von Atomen und Molekülen und bei der Suche nach der rätselhaften Dunklen Materie. Erfahren Sie, wie wir den Weltraum ins Labor holen, Atome auf die Waage legen und was mit superstarken und ultrakurzen Laserblitzen alles möglich ist. Sehen Sie, wie wissenschaftliche Apparatu-ren konstruiert und gebaut sowie elektroni-sche Schaltungen entworfen und realisiert werden.

Es erwarten Sie zahlreiche Vorführun-gen, Versuche zum Mitmachen, Laborbe-sichtigungen, Exponate, Poster und Vor-träge. An den verschiedenen Stationen zu Wissenschaft und Technik beantworten wir gerne Ihre Fragen.

Mit diesem Tag der offenen Tür feiern wir auch den 60. Geburtstag des Instituts. Wir lassen Sie gern erleben, wie es das MPIK schafft jung zu bleiben und freuen uns darauf, Ihnen unsere Arbeit vorstel-len zu können. Im Namen des Kollegiums und der gesamten Belegschaft wünsche ich Ihnen viel Spaß und spannende Einsichten.

Prof. Dr. Thomas Pfeifer(Geschäftsführender Direktor)

A

EDC

FG

B

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Untere EbeneA1 Vorträge der Direktorenim Otto-Hahn-Hörsaal, Dauer je ca. 20 min.10:30 Klaus Blaum:

Die Untersuchung von Antimaterie11:15 Jim Hinton:

Extreme astronomy! Why we are building 99 telescopes in the Atacama desert

13:30 Teresa Marrodán Undagoitia (für Manfred Lindner): Auf der Jagd nach unsichtbaren Teilchen

14:15 Werner Hofmann: Der Himmel über Namibia in einem neuen Licht: Astronomie mit Gammastrahlen

15:00 Christoph Keitel: Quantenphysik mit extrem starken Lichtpulsen

15:45 Thomas Pfeifer: Was hält die Welt? ... und was bewegt sie? – Wie Laserblitze fragen und Elektronen antworten

A2 Filme und FotosKurze Filme und Fotoshows über die For-schung am MPIK in Endlosschleife.

A3 Was ist Radioaktivität? – ExperimentalvortragWas ist eigentlich alles radioaktiv? Im ca. 20–25-minütigen Vortrag mit experimen-tellen Vorführungen wird dieser Frage nachgegangen – mit einer überraschenden Antwort! Es wird unter anderem demons-triert, wie radioaktive Strahlung nachge-wiesen wird und wie man sie unterdrücken kann. Ferner wird erklärt, warum große Experimente der Astroteilchenphysik (wie GERDA und XENON) tief unter der Erde auf-gebaut werden, und weshalb am MPI für Kernphysik die weltweit empfindlichsten Strahlungsdetektoren entwickelt werden.10:30, 13:00, 15:00 (Hardy Simgen)

A4 Das CONUS-Experiment: Neutrino trifft AtomkernWas passiert, wenn kontaktscheue Neutri-nos auf schwere Atomkerne treffen? Dieser Frage will das CONUS-Experiment nach-gehen, das unter Extrembedingungen am Kernkraftwerk Brokdorf danach Ausschau hält. In diesem packenden Vortrag be-schreiben Wissenschaftler den sehr kom-pakten, neuartigen Detektor und schildern, wie der Aufbau in unmittelbarer Nähe zum Reaktorkern vonstatten ging.11:30, 14:15, 16:00 (Werner Maneschg)

A5 StrahlenschutzNachweis ionisierender Strahlung in einigen Materialien. Eine Videopräsenta-tion zeigt die typischen Tätigkeiten der Strahlenschutz-Gruppe am Institut.

A6 Arbeitssicherheit – BrandschutzFür die Forschung auf höchstem Niveau werden Anlagen und Experimente im Ge-genwert von einigen Millionen Euro ein-gesetzt. Oberstes Ziel ist es, jeden Brand zu vermeiden. In einem Brandfall sind die Experimentaufbauten effektiv zu schützen. Die Funktionsweise des aktiven und passi-ven Brandschutzes des Instituts wird vorge-stellt. Welche Erfahrungen lassen sich auf das private Umfeld übertragen?

Obere EbeneA7 60 Jahre MPIKPoster zur Entwicklung des Instituts und alte Fotos, dazu Bücher (Ausstellung) über die Geschichte des Instituts.

A Hörsaal / Bibliothek

A7

A1

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A3 A4

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ErdgeschossB1 Starke FelderUm Eigenschaften wie die Masse von ge-ladenen Atomen (Ionen) zu untersuchen, werden einzelne Ionen eingefangen und gespeichert. Das geschieht mit starken elektrischen und magnetischen Feldern und funktioniert nicht nur mit kleinen Teil-chen, sondern auch mit größeren Objekten. Erfahren sie selbst die Wirkung der starken Felder und experimentieren Sie u. a. mit elektrostatischen Fliegern und mit einer supraleitenden Magnetschwebebahn!

B2 Hochempfindliche Lichtsensoren für die Suche nach Dunkler MaterieFür die Suche von Dunkler Materie wurden für das XENON1T-Projekt spezielle Licht-sensoren für extreme Anforderungen ent-wickelt und getestet. Die speziellen Eigen-schaften bezüglich Lichtempfindlichkeit, radioaktiver Reinheit und Betrieb in flüssi-gem Xenon bei –100 Grad werden erklärt und es werden Einblicke in die Tests und den Betrieb solcher Sensoren vermittelt.

1. ObergeschossB3 VakuumUm geladene Teilchen (Ionen) möglichst lange speichern und untersuchen zu können, braucht man einen nahezu luft-leeren Raum (Vakuum). Das ist manchmal nicht so einfach, denn es wirken große Kräfte. Ein winziges Leck genügt, um ein Ex-periment unmöglich zu machen. Erfahren Sie die Kraft des Vakuums, bauen Sie ein Vakuumsystem und stopfen Sie alle Lecks!

B4 Kurzvorträge Gespeicherte Ionen10:30, 15:00 Holger Kreckel:

Weltraumchemie im Labor11:00, 14:30 Sebastian George: Moleküle

im ultrakalten Speicherring11:30 Andreas Mooser: Auf der Suche

nach Antimaterie13:30 Menno Door: Wiegen von einzelnen

Atomen in einer Penning-Falle14:00 Alexander Egl: Die Vermessung des

Elektrons15:30 Marc Schuh: E = mc² – hat Einstein

recht?

B5 Reaktorneutrinos: Geisterteilchen als VerwandlungskünstlerNeutrinos kommen in der Natur in unter-schiedlichen Arten vor und haben die be-merkenswerte Eigenschaft, sich ineinander umzuwandeln. Dieser Effekt wird z. B. mit dem Double-Chooz-Experiment an einem Kernkraftwerk in Nordfrankreich erforscht. Es gibt Hinweise, dass es außer den drei bekannten Neutrinoarten mindestens ein weiteres noch exotischeres „steriles” Neu-trino gibt. Im STEREO-Experiment in Gre-noble wird dieser Frage nachgegangen und deren Existenz geprüft.

B Wolfgang-Gentner-Laboratorium

2. OG

B13B12

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1. OG

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B1B1

B1

Standardmodell

W Z

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Seesaw Supersymmetrie

Dunkle Materie

N3

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N1

γ γ

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ντe μ τ

d bs

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W Z

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© MPI für Kernphysik, 2014

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B12 Theoretische Physik mit dem ComputerAnhand von interaktiven Beispielen wird die moderne Arbeitsweise theoretischer Physiker gezeigt. Die Schwierigkeitsgrade reichen von „fast ohne Formeln“ bis hin zur Lösung physikalischer Probleme mit Hilfe eines Computer-Algebra-Programms.

B13 Vorträge zur Neutrino- und Astroteilchenphysik10:30 Werner Rodejohann: Jenseits des

Standardmodells: Warum Neutrinos Teilchenphysiker elektrisieren

11:00 Carlos Jaramillo: Dunkle Materie: Woher wissen wir, dass es sie gibt?

11:30 Constanze Hasterok: Dunkle Materie: Wie kann man sie sichtbar machen?

12:00 Janina Hakenmüller: Blei – der Weg zum Ruhm

13:30 Giorgio Arcadi: Dunkler Weltraum14:00 Stefan Vogl: Dunkle Materie: Vom

Kosmos zu Beschleunigern14:30 Christiane Klein: Neutrino-

Oszillation: Warum Neutrinos ihren Geschmack wechseln

15:00 Christian Roca Catala: Tasting the mysterious flavors of neutrinos from nuclear reactors

FreigeländeB14 Fun with Science – für KinderLustige Experimente für Kinder und Alle, die jung geblieben sind – und die Erklärung dazu.

B6 Die Jagd nach Dunkler Materie mit Xenon-DetektorenKosmologische Indizien deuten auf die Exis-tenz Dunkler Materie hin, deren neuartige Teilchen nun erstmals im Labor nachgewie-sen werden sollen: Dazu wird das XENON1T-Experiment betrieben sowie XENONnT gebaut. Hier lernen Sie den Aufbau, die Funktionsweise und die bisherigen Ergeb-nisse kennen. Zudem können Sie einen Prototyp des Experiments im Kleinformat sehen, an dem stetige Verbesserungen der Experimente erprobt werden.

B7 Historische VitrineVitrine mit Meteoriten verschiedener Klassen und Typen, sowie Exponaten der früheren Sonnenneutrinoexperimente GALLEX und GNO.

B8 Neutrino-NachweisspielNeutrinos nachzuweisen ist auch mehr als 60 Jahre nach ihrer Entdeckung noch eine schwierige Aufgabe. In diesem Geschick-lichkeitsspiel für Jung und Alt können „Neutrinoforscher“ ein MPIK-Experiment nachahmen, mit dem Neutrinos jahrelang erfolgreich nachgewiesen wurden.

B9 GlasbläsereiVorführung von Glasbläserarbeiten, Aus-stellung von Sonderanfertigungen glas-technischer Geräte und Filmvorführung zum Verlauf der Einzelanfertigung einer wissenschaftlichen Glasapparatur.

2. ObergeschossB10 Fragen der AstroteilchenphysikDas gängige Bild der Teilchenphysik hat erkennbare Grenzen und neue Ergebnisse aus Neutrinophysik, Kosmologie und Be-schleunigerexperimenten sollen den Weg zu umfassenderen Theorien weisen. Poster zu Kosmologie, zur Physik jenseits des Stan-dardmodells und zur Neutrinophysik erläu-tern aktuelle Fragestellungen.

B11 Das GERDA Experiment: Sind Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen?Mit winziger Ruhemasse und riesiger Durchdringungskraft ist das Neutrino eines der faszinierendsten Elementarteilchen. Mit dem GERDA-Experiment soll ihm seine ungewöhnlichste Eigenschaft entlockt werden, ob es mit seinen Antiteilchen iden-tisch ist. Siehe auch Stationen E8 und F2.

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C Walther-Bothe-Laboratorium UntergeschossC1 Der luftleere RaumZur Untersuchung einzelner Atome oder Moleküle braucht man u. a. luftleere Kammern. Es wird gezeigt, welche tech-nischen Hilfsmittel benötigt werden, um einen luftleeren Raum herzustellen. Aber kann man einen absolut leeren Raum über-haupt erzeugen? In einer Vakuumkammer wird ein Live-Experiment zum Tripelpunkt des Wassers vorgestellt. Der Tripelpunkt liefert einen Temperatur-Fixpunkt zur Kali-brierung einer Thermometerskala.

C2 Ultrakurze Laserpulse: Kamera mit superkurzer VerschlusszeitUm chemische Reaktionen zu beobachten, die unvorstellbar schnell ablaufen, benötigt man entweder eine „Kamera mit extrem kurzer Verschlusszeit“ oder eine Strobos-koplampe mit extrem kurzer Blitzdauer. Im Experiment starten wir eine Reaktion mit einem sehr kurzen Laserpuls und tasten die Bewegung mit einem zweiten Puls wieder ab, wir bringen sozusagen „Licht“ ins Innen-leben der Moleküle. Der Aufbau und das Funktionsprinzip dieser komplexen Anlage werden videogestützt aufgezeigt.

C3 Atome kühlen und fangen mit LaserlichtMit Laserlicht kann ein Gas auf Tempera-turen nahe des absoluten Nullpunkts bei –273 °C gekühlt werden. Dabei treten be-sondere Quanteneigenschaften der Atome

in Erscheinung. Durch die Beleuchtung mit Laserlicht wird das Gas sichtbar und kann in der Experimentierkammer beobachtet werden.

C4 Das ReaktionsmikroskopWerden Atome und Moleküle mit schnel-len Teilchen beschossen, so können sie Hüllenelektronen verlieren und ausein-ander brechen. Durch den Nachweis aller Bruchstücke lernen wir viel über Stöße in der Quantenwelt. Im gezeigten Experiment analysieren wir die Bestandteile eines ver-wendeten Gasgemisches.

C4C1

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1. OG

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ErdgeschossC5 Gamma-Astronomie: Modelle und VitrineDie Tafeln geben einen Überblick über die Entwicklung der abbildenden Hochenergie-Gammaastronomie mit Tscherenkowteles-kopen von HEGRA über H.E.S.S. zu CTA; Teleskopmodelle im Maßstab 1:20. Mehr über H.E.S.S. und CTA erfahren Sie an den Stationen F1, F4, F5 und F6.

C6 HaustechnikEine Videopräsentation zeigt, was zu tun ist, damit in den Gebäuden alles funktio-niert. Dazu werden Messgeräte, u. a. eine Wärmebildkamera, und Werkzeuge vorge-führt.

C7 Serverraum (Führungen)Die Gelegenheit, den Linux-Cluster des In-stituts mit 6000 Prozessorkernen und 50 Terabyte Systemspeicher im klimatisierten Serverraum kennenzulernen (Gruppen von ca. 10 Personen).

C8 Historische VitrineBeschleunigerbauteile und Instrumen-te zum Nachweis von Ionen, teils aus der Früh- und Vorgeschichte des Instituts.

1. ObergeschossC9 Kann man Atome sehen oder spüren?Wie sieht ein Atom aus? Was ist ein Molekül? Was passiert mit einem Atom, wenn es in ein starkes Lichtfeld gerät? Und wie kann ich es beobachten? Was sind ei-gentlich Elektronen und wie verhalten sie sich? Diesen Fragen wird hier anhand ver-schiedener Exponate auf den Grund gegan-gen.

C10 Kinder-Workshop: Welche Farbe hat das Licht?Licht besteht aus Farben, auch wenn wir sie nicht immer einzeln sehen können. Aber die Zusammensetzung der Farben ist nicht immer gleich. Sie unterscheidet sich je nachdem, woher das Licht kommt und wie heiß der Köper ist, der es abstrahlt. In dem Workshop lernt ihr, wie sich das Licht der Sterne und anderer Lichtquellen aus den verschiedenen Farben zusammensetzt und warum das so ist. Der Workshop richtet sich an Kinder zwischen 7 und 12 Jahren (und ihre Eltern/Großeltern) und dauert ca. 40 min. Die Plätze sind begrenzt und werden nach Erscheinen vergeben.11:00, 13:00, 15:00

2. ObergeschossC11 Vorträge theoretische QuantenphysikWas passiert mit Elementarteilchen und Atomen, wenn sie mit Laserstrahlen „be-schossen“ oder in Fallen gefangen werden? Wie ändern sich bekannte physikalische Prozesse, wenn neuartige Lichtquellen verwendet werden? Und wie lassen sich die gewonnen Erkenntnisse künftig in der Praxis nutzen? Führende Wissenschaft-ler aus der Abteilung Theoretische Quan-tendynamik und Quantenelektrodynamik geben in etwa 20-minütigen Vorträgen spannende Einblicke in die Forschung, die unser Wissen von morgen grundlegend be-einflussen wird.11:00, 14:00 Jörg Evers: Quantendynamik

mit neuartigen Röntgenlichtquellen11:30, 14:30 Antonino Di Piazza: Ist das

Vakuum wirklich leer?12:00, 15:00 Zoltán Harman: Theorie der

Präzision13:30, 15:30 Adriana Pálffy-Buß: Keine

Zeitverschwendung – genauere Uhren mit Atomkernen als Taktgeber. Wie kann man die Messgenauigkeit einer Sekunde mit neuartigen Atomkernuhren verbessern?

H.E.S.S. Logo

Logo inverted with coloured background

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D Technik / Konstruktion

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ErdgeschossD1 Von der Idee zum fertigen BauteilDie Mitarbeiter der Feinwerktechnik und Konstruktion zeigen an Beispielen auf, wie wissenschaftliche Apparaturen konstruktiv entwickelt und fertigungstechnisch herge-stellt werden. Stündliche Verlosung eines im CNC-Bereich hergestellten Modellautos.

D2 Schweiß- und LöttechnikDie verschiedenen im Haus angewandten Fügetechniken werden vorgestellt.

D3 QualitätssicherungHier wird das Vermessen eines Bauteils auf der 3D-Koordinatenmessmaschine gezeigt.

1. UntergeschossD4 CNC-ZerspanungstechnikFertigung eines Modellautos auf einer 5-Achsen CNC-Fräsmaschine und eines Kreisels auf einer CNC-Drehmaschine.

D5 Ausbildungswerkstatt FeinwerktechnikHier können Sie sich umfangreich über die Ausbildung zum Feinwerkmechaniker/in Fachrichtung Feinmechanik informieren.Außerdem haben Sie die Möglichkeit, moderne CNC-Maschinen bei der Teilefer-tigung zu bestaunen.

D6 KonstruktionAnhand hochmoderner 3D-CAD- und Be-rechnungssoftware wird aufgezeigt, wie wissenschaftliche Komponenten und Baugruppen konstruiert und berechnet werden. Interessierte können selbstständig verschiedene 3D-CAD-Bauteile erstellen oder ihr räumliches Vorstellungsvermögen anhand verschiedener Modelle testen.

2. UntergeschossD7 Ausbildungswerkstatt ElektronikWir laden Sie ein zu einem kleinen Rund-gang durch die Elektronik-Ausbildung nach dem Motto „Mit Spannung, Spiel und Spaß vom Ausbildungsbeginn bis zur Abschluss-prüfung“.

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E Elektronik

Der Weg zur ersten Station bietet Einblicke in das Elektronik-Bauteilelager und den Raum für die Bestückung von Leiterplatten und das Löten im Ofen.

E1 Entwicklung von elektronischen SchaltungenVon der Idee zur Platine: wie wird eine elek-tronische Baugruppe entwickelt? Welche Werkzeuge, Techniken und Messgeräte kommen zum Einsatz?

E2 Hochgeschwindigkeits-Datenerfassung CTA FlashCamEin ultraschneller Fotoapparat für die Ast-roteilchenphysik: 250 Millionen Bilder pro Sekunde zur Erforschung der kosmischen Gamma-Strahlung mit der nächsten Gene-ration von Tscherenkow-Teleskopen.

E3 Hochspanungstechnik: Demonstrationen zu Korona-EntladungenDurch hohe elektrische Feldstärken werden Luftmoleküle ionisiert. Dieser in der Technik

meist unerwünschte Effekt kann u. a. faszi-nierende Leuchteffekte hervorrufen.

E4 ‚Speedmaster‘ Azubi-ProjektEin Radarsensor zur Geschwindigkeitsmes-sung von Fahrzeugen.

E5 MOT IIEin Hochstrom-Schaltsystem zur dynami-schen Manipulation des Magnetfeldes in magneto-optischen Ionenfallen.

E6 HighspeedswitchEin programmierbarer schneller Hochspan-nungsschalter für Ionenfallenexperimente.

E7 Am Rande des MachbarenStaReP-Referenz, ein ultrapräzises Refe-renzspannungsmodul. Ein entscheidender Faktor für die Messgenauigkeit in Ionenfal-lenexperimenten ist oftmals die Stabilität der Spannungquellen. Dieses Modul liefert eine zeitlich extrem stabile und rauschar-me Referenzspannung.

E8 Vorträge und Filme ElementarteilchenphysikDie Erforschung der fundamentalen Teil-chen und Wechselwirkungen am Large Hadron Collider (LHC) des CERN.11:00, 13:00, 15:00 Michael Schmelling: Materie und Antimaterie (ca. 15 min)Dazwischen Filme über Elementarteilchen-physik und Neutrinoforschung. Mehr zu den Experimenten LHCb und GERDA an den Stationen F3 bzw. B11 und F2.

Die Elektronik-Stationen E1 bis E7 bilden einen Rundgang; Station E8 kann auch separat besucht werden.

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F Experimentierhallen F1 Astrophysik mit kosmischer Strahlung: Boten der extremsten Ereignisse in unserem UniversumMehrere Experimente am MPIK nutzen kosmische Strahlung, um mehr über das Weltall zu erfahren. Gammastrahlen, also energiereiche Lichtteilchen, sind zwar seltener als geladene Strahlung, sie sind aber von besonderem Interesse, da sie auf geraden Wegen von ihren Entstehungsor-ten zur Erde fliegen. Dies ermöglicht häufig die Identifizierung der Quellen und damit Vergleiche mit z. B. optischen, Radio- oder Röntgenmessungen. Damit vervollständigt sich das Verständnis einer Quelle meist we-sentlich. Die interessanten Himmelskörper, mit denen sich die astrophysikalische For-schung beschäftigt, und die physikalischen Grundlagen zur Entdeckung der Strahlung werden hier erklärt und veranschaulicht.

F2 Der radioaktive Fingerabdruck von Wein – Altersbestimmung mit TeilchendetektorenGERDA (GERmanium Detector Array)Natürliche Radioaktivität ist ein Teil unserer normalen Umwelt. Die Energie von radioaktiven Strahlen kann man sehr genau mit Germanium-Detektoren messen. Im GERDA-Experiment wird damit nach dem erwarteten, aber bislang unbeobachte-ten neutrinolosen Doppel-Beta-Zerfall gesucht. Der würde ein zentrales Rätsel

um Neutrinos lüften, die Geisterteilchen des Universums. Am Stand messen wir mit einem Germanium-Detektor den radioak-tiven Fingerabdruck von Lebensmitteln. Damit kann man das Alter bestimmen, z. B, um einen gefälschten Weinjahrgang zu er-kennen. Siehe auch Stationen B11 und E8.

F3 Der Urknall im LaborLHCb (Large Hadron Collider beauty)Kurz nach dem Urknall entstanden fast gleiche Mengen Materie und Antimaterie. Die Materie wurde im Kontakt mit Anti-materie fast wieder vollständig vernich-tet. Sterne und Menschen gibt es, weil ein winziger Teil an Materie übrig blieb. Wir wissen nicht warum, deshalb werden Teilchenreaktionen kurz nach dem Urknall im LHCb-Experiment am CERN bei Genf nachgestellt, dem größten Teilchenlabor der Welt. Am Stand messen wir natürliche Strahlung, die in ähnlichen Teilchenreaktio-nen von kosmischer Strahlung mit unserer Atmosphäre entsteht. Dabei wird auch An-timaterie erzeugt. Vorträge und Filme dazu an Station E8.

F4 Kosmische Strahlung in der afrikanischen SavanneH.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System)Fünf gewaltige Spiegelteleskope stehen in der Einsamkeit der Namibischen Savanne. Störendes Licht von menschlichen Sied-lungen gibt es hier nicht. Die Teleskope registrieren das Tscherenkowlicht, das vor allem Elektronen und Positronen von Teil-chenschauern ausstrahlen, die von kosmi-

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Durch diesen Gebäudekomplex führt eine „Einbahnstraße“. Der Rückweg verläuft außerhalb. Bitte spielen Sie nicht „Geis-tergeher“, da es einige Engstellen gibt.

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scher Strahlung in der Atmosphäre ausge-löst werden. Diese Leuchterscheinung ist so schwach, dass das Licht des Mondes bereits das Signal überstrahlt. Der Stand-ort ermöglicht einen optimalen Blick zum Zentrum unserer Galaxie. In 16 Jahren kontinuierlichen Betriebs hat H.E.S.S. eine reiche Ausbeute an neuen und teils auch überraschenden Daten gesammelt, die hier anschaulich erklärt werden. Zusätzlich zeigt eine neue Himmelskarte unsere Galaxie im Licht der höchsten Energien.

F5 Kosmische Strahlung auf den Vulkanen von MexikoHAWC (High Altitude Water Cherenkov Observatory)In großer Höhe (4800 m) steht eine dichte Ansammlung von Wassertanks. Elektronen und Positronen aus Teilchenschauern, die in der Atmosphäre von hochenergetischen primären Gammas gebildet werden, er-zeugen Tscherenkowstrahlung im Wasser und können so detektiert werden. Der Vorteil dieser Detektoren im Vergleich zu den Tscherenkowteleskopen ist das große Gesichtsfeld und die Unabhängigkeit vom Umgebungslicht. Allerdings erkauft man sich diesen Vorteil mit einer höheren Ener-gieschwelle. Auch dieses Experiment trägt wesentlich zum Verständnis der extrems-ten Objekte in unserer Galaxie und dem näheren Universum bei.

F6 Die Zukunft der erdgebundenen Experimente mit kosmischer StrahlungCTA (Cherenkov Telescope Array)Die großen Erfolge von H.E.S.S. und wei-teren ähnlichen Installationen haben den Wunsch erzeugt, ein Observatorium zu bauen, das die Technik der beobachten-den Tscherenkowteleskope bis an deren Grenzen nutzt. Zwei Ansammlungen von Teleskopen sind für die südliche und nördli-che Halbkugel geplant. Insgesamt sollen ca. 120 Teleskope mit drei verschieden Spiegel-größen zu optimalen Detektoranordnun-gen zusammengestellt werden. Am MPIK werden zwei neue Hochleistungskameras, welche die schwachen Tscherenkowblitze von wenigen Milliardstel-Sekunden Dauer präzise vermessen können, entwickelt: die 2 t schwere, digitale FlashCam-Kamera und die 45 kg leichte und kompakte CHEC-Ka-mera. Die aktuellen Prototypen und deren Testaufbauten sind ausgestellt.

F7 EBIT: Atome bei Temperaturen von Millionen GradFLASH-EBIT: Untersuchungen bei Super-nova-TemperaturenMit dieser transportablen Anlage werden mittels eines Elektronenstrahls Atome zu Ionen präpariert und gefangen gehalten. Ihr Zustand entspricht demjenigen in sehr heißen Plasmen wie im Zentrum eines Sterns, in der Umgebung von Schwarzen Löchern oder bei Supernova-Explosionen. Die Apparatur ist schon nach Kaliforni-

en geflogen, um dort in Kombination mit einer kilometerlangen Röntgenlaser-An-lage die Wechselwirkungen solcher Ionen mit extrem intensiver Röntgenstrahlung zu erforschen. Am MPIK wird FLASH-EBIT vorwiegend verwendet, um die Emissions-spektren von Sternen- und Fusionsplasmen unter kontrollierten und reproduzierbaren Bedingungen zu untersuchen.

Miniatur-EBITOhne supraleitende Magneten können unsere Miniatur-EBITs viele Arten von hochgeladenen Ionen präparieren und für Experimente zur Verfügung stellen. Eine davon steht jetzt an der Physikalisch-Tech-nischen Bundesanstalt (PTB) und versorgt eine in Entwicklung befindliche, ultraprä-zise optische Atomuhr mit Referenz-Ionen. Heidelberger EBIT für hohe EnergienDiese Anlage erzeugt hochgeladene Ionen in Ladungszuständen, die in der Natur fast nur bei Supernova-Explosionen vorkom-men, und erlaubt uns, damit fundamenta-le physikalische Gesetze zu untersuchen. Darüber hinaus können wir die Ionen in andere Apparaturen, z. B. ALPHATRAP und PENTATRAP (Stationen F10 und F11) trans-ferieren

F8 Schweben einzelner Atome nahe am absoluten NullpunktMechanisches Modell einer Paulfalle.Eine Paulfalle speichert Ionen in einem os-zillierenden elektrischen Feld. Dies kann

man mit einem mechanischen Analogon demonstrieren. Die „echten“ Radiofre-quenz-Paulfallen am MPIK speichern und kühlen hochgeladene Ionen, die bei sehr hohen Temperaturen erzeugt werden. Wir erreichen damit Temperaturen im Milli-kelvin-Bereich, also nahe am absoluten Nullpunkt, nachdem unser Kühlsystem die Temperatur milliardenfach reduziert hat. Diese Fallen sollen das Kernstück hochsta-biler Atomuhren bilden, die sich sogar zum Test der absoluten Stabilität der Naturkon-stanten eignen sollten. Unsere Paul-Fallen arbeiten bei extrem niedrigen Restgasdich-ten und haben eine ausgeklügelte Schwin-gungsdämpfung sowie eine sehr gute Ab-schirmung gegenüber Störfeldern.

F9 Wird dies die am schnellsten tickende Uhr der Welt?Laserschauexperiment am VUV-Frequenz-kamm-LaborEin Frequenzkamm ist ein Kurzpuls-Laser-system, das eine Vermessung der Frequenz des Lichtes erlaubt. Das hier in Entwicklung befindliche System soll uns ermöglichen, Laserlicht bei höheren Photonenenergien, also kürzeren Wellenlängen zu erzeugen und ebenso genau zu vermessen. Dafür verwenden wir das Prinzip der Erzeugung hoher Harmonischer in Kombination mit einem hochstabilen optischen Resonator im Vakuum. Das im Aufbau befindliche Experiment soll die Möglichkeit bieten, hochgeladene Ionen aus einer Elektronen-strahl-Ionenfalle zur Stabilisierung einer optischen Atomuhr bei solch hohen Fre-quenzen einzusetzen.

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F10 ALPHATRAPUnser heutiges Verständnis der Physik ist im sogenannten Standardmodell der Teil-chenphysik zusammengefasst, welches außerordentlich genaue Berechnungen von physikalischen Effekten erlaubt. Aller-dings gehen wir heute davon aus, dass das Standardmodell nicht vollständig ist und eventuell unter extremen Bedingungen Abweichungen sichtbar werden. Im ALPHA-TRAP-Experiment suchen wir nach solchen Abweichungen mit ultrakalten, einzelnen, hochgeladenen Ionen, die in einer Pen-ningfalle im freien Raum gespeichert sind. Besuchen Sie ein weltweit führendes Expe-riment zur Suche nach neuer Physik!

F11 PENTATRAPUnsere Welt wird beherrscht durch phy-sikalische Gesetze, welche wir als Wissen-schaftler versuchen zu verstehen, indem wir in den Mikrokosmos der fundamenta-len Teilchen und Kräfte eintauchen. Dafür bauen wir Präzisionsexperimente auf, mit denen wir die bis dato unbekannten Facet-ten des Mikrokosmos aufdecken können. Mit der PENTATRAP-Anlage bestimmen wir in Penningfallen die Massen einzelner Atome – die Bausteine unserer Welt – mit der höchstmöglichen Präzision. Fragen, die es dabei zu beantworten gilt lauten: Wie schwer ist ein Neutrino? E = mc² – hat Ein-stein recht? Wie entstehen schwere Ele-

mente? Schauen Sie bei einem einzigarti-gen Experiment vorbei!

F12 Wir bringen Licht ins DunkelWas ist eigentlich Licht? Ist es ein Strahl, eine Welle, oder besteht es aus Teilchen? Manchmal wird weißes Licht ganz einfach bunt und umgekehrt. Anhand einiger ein-facher Aufbauten können grundlegende Eigenschaften von Licht und Lasern unter-sucht werden.

F13 Hochleistungslaser in AktionNimmt man alles Licht der Sonne, das auf die Erde fällt und fokussiert dieses auf eine Briefmarke, so erhält man in etwa die gleiche Intensität wie sie unsere Hoch-leistungslaser für eine sehr kurze Zeit er-reichen. Hier erleben wir diese Laser in Aktion, erfahren wie sie funktionieren und wie wir damit helle Blitze und bunte Farben im Labor erzeugen können.

F14-F21 Weltraumchemie im LaborMit modernen Teleskopen und bei Sa-tellitenmissionen werden immer wieder kleinere Moleküle, wie etwa Wasser, und einfache organische Verbindungen in der Umgebung von Sternen oder im fast leeren Raum zwischen den Sternen entdeckt. Wie können sich bei den geringen Dichten und Temperaturen, die in vielen Bereichen des Weltraums herrschen, solche Moleküle bilden und miteinander zu immer komple-xeren Verbindungen reagieren? Häufig sind elektrisch geladene Moleküle und Atome

besonders aktiv bei derartigen chemischen Reaktionen. Sie helfen, aus einfachen Be-standteilen komplexe Moleküle bis hin zu Alkoholen und Kohlenwasserstoffen auf-zubauen. Am MPIK werden im Cryogenic Storage Ring (CSR) solche Reaktionen mit Hilfe von Ionenstrahlen untersucht, die bei tiefen Temperaturen gespeichert werden. Hier entsteht eine Umgebung, die dem fast leeren „interstellaren“ Raum erstaunlich nahe kommt. Vorträge dazu an Station B4.

F14 Vakuum und PräzisionsjustageElektrisch geladene Atome und Moleküle können im freien Raum mit elektrischen und magnetischen Feldern gelenkt werden. Hierzu wird in abgeschlossenen Metallbe-hältern eine extrem verdünnte Atmosphä-re erzeugt: Vakuum. Mit hochpräziser Jus-tiertechnik werden innerhalb des Vakuums elektrisch isolierte Metallflächen ausge-richtet, die als „Elektroden“ die Teilchen-strahlen ähnlich wie Licht umlenken und bündeln. Sie bilden den inneren Aufbau des Speicherrings CSR.

F15 Die Kälteanlage des CSRUm den CSR auf Temperaturen bis nahe am absoluten Nullpunkt abzukühlen, wird Helium in einer Kälteanlage verflüssigt und mit Rohrleitungen im CSR verteilt. Damit werden die Experimentierkammern langsam innerhalb von ca. 3 Wochen auf –267 °C abgekühlt. Eine Komponente der Kälteanlage kann eingesehen werden und das Kühlprinzip wird erläutert.

F16 Infrarotspektroskopie an komplexen MolekülenMehr als 180 Moleküle sind im interstella-ren Raum mittlerweile entdeckt worden. Ihr Entstehen und Wirken ist noch wei-testgehend unerforscht. Sie werden aber für Absorptions- und Emissionslinien im Lichtspektrum des Weltraums verantwort-

lich gemacht. Um diesen teilweise seit 100 Jahren bekannten Linien Moleküle eindeu-tig zuordnen zu können, müssen deren Absorptions- und Emissionseigenschaften untersucht werden. Da gerade die Licht-emission von komplexen Molekülen im mittleren Infrarotbereich erfolgt, muss man diese Experimente bei tiefen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt durchfüh-ren, wie sie in der kryogenen, elektrostati-schen Ionenfalle CTF vorherrschen.

F17 Der tiefkalte Speicherring CSRIm CSR herrschen Bedingungen wie im interstellaren Raum: Temperaturen um –267 °C und ein extrem leerer Raum. Dort werden Molekülionen auf einer 35 Meter langen geschlossenen Bahn für lange Beob-achtungszeiten gespeichert und z. B. in Kol-lisionsexperimenten untersucht. Ablenk- und Fokussierelektroden halten dabei die elektrisch geladenen Moleküle auf der Kreisbahn. Das Innenleben des Speicher-rings und seine Experimentierkomponen-ten werden gezeigt und erläutert.

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F18 Eiskalte Kollisionen mit schnellen TeilchenstrahlenIn den Experimentierbereichen des CSR stoßen gespeicherte Molekülionen auf andere Teilchen und werden hierdurch um-gewandelt. Hierbei begegnen sich die Teil-chen wie parallel bewegte Fahrzeuge auf einer Schnellstraße. Ihre Kollisionen laufen bei nur geringer Relativgeschwindigkeit ab, ähnlich einem Gemisch stark verdünnter und sehr kalter Gase. Die Umwandlungs-produkte lassen sich abtrennen und auf empfindlichen Teilchendetektoren einzeln nachweisen. Fast wie bei einem Billardspiel wird hierbei die Bewegung der molekula-ren Bestandteile beobachtet.

F19 Gebündeltes Licht für schnelle AtomstrahlenWährend praktisch alle Elemente auf der Erde als Moleküle vorliegen, kommen viele Elemente im interstellaren Raum als neutra-le Atome vor. Diese reagieren mit geladenen Atomen und Molekülen (Ionen) und initiie-ren ein Netzwerk von Ionen-Neutral-Reak-tionen, die immer kompliziertere Moleküle erzeugen. Um diese wichtigen Prozesse im CSR zu untersuchen, werden starke Strah-len schneller, neutraler Atome benötigt, um sie im Speicherring mit den gespeicherten Ionen zu überlagern. Für die Erzeugung der Atomstrahlen werden negative Ionen wie H–, D–, C– und O– durch einen starken Laser neutralisiert. In diesem Laser erzeugen 400 Laserdioden, angeordnet in zwei Blöcken, einen gebündelten Lichtstrahl mit mehr als einem Kilowatt Intensität.

F20 Ionenquellen auf 300.000 VoltDie Auswahl eines Ions oder Moleküls wird durch das physikalische Experiment defi-niert. In sogenannten „Quellen“ können die gewünschten Ionen oder Moleküle aus praktisch allen Elementen und vielen che-mischen Verbindungen erzeugt werden. Sie werden mit elektrostatischen Spannungen bis 300.000 Volt in Richtung des Speicher-rings CSR beschleunigt.

F21 Elektronische Steuerung komplexer SpeicherringeZur erfolgreichen Durchführung von Spei-cherringexperimenten müssen viele kom-plexe Systeme korrekt zusammenarbeiten. Die Kontrolle von Ionenquellen, Strahl-transport, Speicherring und Experiment wird durch die Verknüpfung vielfältiger Sensoren und Steuerelemente in einem Computernetzwerk realisiert.

FreigeländeF22 StickstoffeisFlüssiger Stickstoff ist wirklich „eiskalt“, unter Normaldruck kocht er bei –196 °C. In der Lebensmitteltechnologie wird er zum Schockgefrieren und zum Gefriertrock-nen von Lebensmitteln verwendet. Wir stellen mit Hilfe flüssigen Stickstoffs unter enormer Dampfentwicklung in wenigen Minuten frisches, sehr leckeres Speise-eis her. Mit herkömmlichen Eismaschinen dauert dies deutlich länger.