1) Ein Rückblick von G.‘t Hooft auf „the gloriousdays of physics. Renor-malization of gaugetheories“ ist unterxxx.lanl.gov/hep-th/9812203 zu finden

�Physik-Nobelpreis für dieRenormierung von Eichfeld-theorien

Die beiden holländischen PhysikerGerardus ‘t Hooft und Martinus J. G. Veltman erhalten gemeinsam

den diesjährigen Nobelpreis fürPhysik „für ihre entscheidenden,die Quantenstruktur betreffendenBeiträge zur Theorie der elek-troschwachen Wechselwirkung inder Physik“. Sie haben, so dieKönigliche Akademie der Wissen-schaften, die Theorie der Elemen-tarteilchenphysik „auf festeren ma-thematischen Grund gestellt und imspeziellen gezeigt, wie die Theoriezu genauen Berechnungen physika-

lischer Größen angewendet werdenkann“.

Hinter dieser etwas nichtssagen-den Formulierung — sie läßt er-ahnen, wie schwierig es ist, diepreisgekrönten mathematischenResultate der breiteren Öffentlich-keit zu vermitteln — verbirgt sichdie Renormierung von speziellenQuantenfeldtheorien, den nicht-abelschen Eichtheorien. Sowohl dieTheorie der starken Wechselwir-kung als auch die vereinheitlichteTheorie der elektromagnetischenund schwachen Wechselwirkung,für deren Formulierung der Nobel-preis 1979 an Glashow, Salam undWeinberg ging, beruhen auf einersolchen Eichtheorie. Präzise Be-rechnungen physikalischer Größenim Rahmen dieser elektroschwa-chen Theorien scheiterten anfangsan divergierenden Ausdrücken, unddas Vertrauen in die Theorie warnicht sehr groß. M. Veltmannschreibt hierzu: „The reason for thedisbelief was obvious: no one couldcompute anything. ... There was noway to predict experimental results“(Scient. Americ. Nov. 1986, S. 88).Veltmann konzentrierte sich daherauf die mathematische Seite derTheorie, gemeinsam mit seinemDoktoranden ‘t Hooft, der 22jährigzu ihm stieß. Die wichtigsten Arbei-ten, in denen gezeigt wurde, wieman physikalisch sinnvolle, endli-che Ergebnisse berechnen kann, er-schienen Anfang der 70er Jahre1).

Physikalische Blätter55 (1999) Nr. 116

Aktuell

Die Physik-Nobelpreisträger 1999: Martinus J. G. Veltman(links), geb. 1931, war von 1966 – 1981 Professor an der Univer-sität Utrecht und anschließend bis zu seiner Emeritierung ander University of Michigan in Ann Arbor. Gerardus ‘t Hooft,Jahrgang 1946, ist seit 1977 Professor in Utrecht.

� Communicator-Preis der DFGDie Deutsche Forschungsgemeinschaft hateinen hochdotierten, persönlichen Preis fürWissenschaftler aller Fachrichtungen ausge-schrieben, die sich in hervorragender Weiseum die Vermittlung ihrer wissenschaftli-chen Ergebnisse in der Öffentlichkeitbemüht haben. Prämiert werden könnenVorträge, Artikel, Ausstellungen, Filme undandere Präsentationsformen. Die Preissum-me des Communicator-Preises beträgt100 000 DM. Bewerbungen bis 15. Dezem-ber an die DFG, Presse und Öffentlichkeits-arbeit, Kennedyallee 40, 53175 Bonn.

� NASA verwechselt Foot und MeterAufgrund einer Verwechslung von metri-schen und englischen Einheiten hat dieNASA ihren Mars-Klima-Orbiter verloren,als der Satellit sich dem Planeten näherte.Bei der Herstellung des Satelliten hatte einZulieferer das Antriebssystem in englischenEinheiten spezifiziert. Aus den Daten be-rechnete der Hersteller Martin LockheedBeschleunigungsroutinen ohne Konvertie-rung der Einheiten. Das Kontrollzentrumder NASA in Pasadena rechnete dagegen in

metrischen Einheiten. Die Verantwortlichenfürchten nun ein ähnliches Problem für denMars Polar Lander, der am 3. Dezember aufdem Mars aufsetzen soll.

� Physikwettbewerb in SchulenZum sechsten Mal veranstaltet der Vereinzur Förderung des mathematischen und na-turwissenschaftlichen Unterrichts, finanziellunterstützt von der DPG, einen bundeswei-ten Wettbewerb Physik für die Sekundar-stufe I. Die Aufgaben sollen einen Bezugzur Lebenswirklichkeit der Jugendlichenherstellen. In der ersten Runde sollen dieSchüler die Wolken über Kraftwerksschorn-steinen erklären und einem „Professor Rad-los“ im Umgang mit Kraftmessern helfen.

� Nobelpreise, die Zweite Der SPD-Bundestagsabgeordnete HermannScheer erhält einen der Alternativen Nobel-preise 1999 für sein Engagement für die So-larenergie. Scheer ist Präsident der Vereini-gung Eurosolar, die sich für die Verbreitungvon alternativen Energien einsetzt. Den sa-tirischen Ig-Nobelpreis für Physik, verliehenvon den Annals for Improbable Research,

teilen sich Len Fisher für Berechnungenzum Keks-Eintunken und Jean-MarcVanden-Broeck für eine Theorie über dasTropfen von Teekannen.

� Europäische Meteorologische Gesell-schaft gegründet21 nationale meteorologische Gesellschaf-ten haben sich im September zusammenge-funden und die Europäische Meteorologi-sche Gesellschaft EMS gegründet. Sitz derGesellschaft und ihr Sekretariat wird amInstitut für Meteorologie der Freien Univer-sität Berlin sein. Über die Mitgliedsgesell-schaften sind in der EMS mehr als 10 000Meteorologen zusammengeschlossen.

� Professoren für die KernkraftÜber 580 Professoren aus Hochschulen undForschungseinrichtungen sehen keine Alter-native zur Kernenergie und fordern dieBundesregierung auf, ihre Ausstiegsplänezu überdenken (www.ier.uni-stuttgart.de/pu-blic/ier/memorand.html). Für die Kernkraftsprechen nach Meinung der Initiatoren un-ter anderem die Fortschritte der Sicherheits-technik sowie das Klimaproblem.

Kurzgefasst…

Dem Higgs-Boson, dem letzten un-entdeckten fundamentalen Teilchendes Standardmodells der Elemen-tarteilchenphysik, kommt hierineine besondere Rolle zu, garantiertes doch die Renormierbarkeit derTheorie. Erst die Renormierungermöglichte störungstheoretischeRechnungen höherer Ordnung unddamit beispielsweise eine rechtgenaue Vorhersage der Masse desTop-Quarks, einige Jahre bevor es1995 am Fermilab entdeckt wurde.– Die Zähmung der mathemati-schen Divergenzen bewahrte diePreisträger allerdings nicht vorpersönlichen Divergenzen; sie „ver-krachten“ sich, wie von Fachkolle-gen zu erfahren war.

Stefan Jorda

�Chemie-Nobelpreis fürFemtochemieDer Chemie-Nobelpreis 1999 gehtan den gebürtigen Ägypter AhmedH. Zewail (53) für seine Arbeitenauf dem Gebiet der Femtosekun-denspektroskopie. Zewail, der seit1982 als full professor am Califor-nia Institute of Technology lehrt,hat mit Hilfe von Femtosekunden-lasern die Kinetik von Reaktionenzeitaufgelöst untersucht. Dabei ent-deckte er die Zwischenprodukte,die während der Reaktion für kurzeZeit entstehen. Bei den ersten Ex-

�Internet fürs Volk Aktionsprogramm der Bundes-regierung

Bis zum Jahr 2005 sollen 40 % derBevölkerung und sämtliche Schulenin Deutschland über einen Internet-anschluß verfügen und 250 000neue Arbeitsplätze in der Informati-onstechnologie (IT) entstehen. Die-se Ziele nennt die Bundesregierungin einem Ende September veröf-fentlichten Aktionsprogramm„Innovation und Arbeitsplätze inder Informationsgesellschaft des 21. Jahrhunderts“*).

Darin wird beklagt, daß immerweniger technische Neuerungen imIT-Bereich aus Deutschland kom-men und daß vor allem mittelstän-dische Unternehmen das Internetnur unzureichend nutzen. Auch dieForschung kümmere sich nur wenigum internet-spezifische Themen.Die Nutzung des Internets durchdie Bevölkerung liege derzeit mit9 % weit hinter den USA zurück(30 %). Um diesen Rückstand auf-zuholen, plant die Bundesregierungeine Reihe von Initiativen. Sie willUnternehmensgründungen durcheinen Wettbewerb fördern, den Ein-satz der neuen Technologien zumBeispiel in der Verkehrstelematik,der Gesundheitsvorsorge und imelektronischen Geschäftsverkehrfinanziell unterstützen sowie eineKampagne unter dem Titel „Inter-net für alle“ starten.

Als ersten Umsetzungsschritt desAktionsprogramms verkündete dieBundesministerin für Bildung undForschung, Edelgard Bulmahn, die Umgliederung des GMD-For-schungszentrums Informationstech-nik GmbH (GMD) von der Helm-holtz-Gemeinschaft (HGF) in die

Fraunhofer-Gesellschaft. Begründetwurde dieser Schritt mit der zuneh-mend anwendungsorientierten For-schung der GMD. Die GMD er-forscht und entwickelt zum Beispielvirtuelle Kulissen für das Fernse-hen, selbständige agierende Robo-ter für das Abwassersystem und Pa-tienten-Chipkarten für das Gesund-heitswesen. Der Präsident der HGF,Detlev Ganten, bedauerte den Zeit-punkt der Umgliederung; dadurchwerde ein mögliches Ergebnis derHGF-Evaluierung durch den Wis-senschaftsrat vorweggenommen.

�2000: Das Jahr der Physik –ein Ja zur PhysikDas symbolträchtige Jahr 2000 sollim Zeichen der Physik stehen: DieBundesministerin für Bildung undForschung, Edelgard Bulmahn, hates zum „Jahr der Physik“ erklärt.Zahlreiche gemeinsame Veranstal-tungen von BMBF und DPG sollendas Jahr der Physik mit Leben fül-len, die Spitzenposition der deut-schen Grundlagenforschung doku-mentieren und die Bedeutung derPhysik für Technik, Wirtschaft undKultur in den Blickpunkt der Öf-fentlichkeit rücken. Gerade die jun-gen Wachstumsbranchen hängen ander Nabelschnur der „großen Mut-ter“ Physik, so DPG-PräsidentAlexander Bradshaw.

Das Jahr der Physik steht aufvielen Säulen. Neben fünf zentra-len, mehrtägigen Veranstaltungenin Berlin und Bonn sollen Veran-staltungen von Forschungseinrich-tungen und anderen wissenschaft-lichen Gesellschaften sowie Akti-vitäten von Universitäten undSchulen das Jahr der Physik zu ei-nem ganzjährigen öffentlichen Er-eignis machen. Forschungszentrenwie DESY und GSI, verschiedeneMax-Planck-Institute und das For-schungszentrum Jülich sind bereitsfest in die Aktivitäten eingebunden.Weitere Forschungseinrichtungen,vor allem die Universitäten, undauch viele Schulen haben ihre Mit-arbeit zugesagt. Besonderes Augen-merk gilt bei diesen Veranstaltun-gen der breiten Öffentlichkeit, derdie Physik im Sinne des „PublicUnderstanding of Science“ nahe ge-bracht werden soll. Parallel hierzusoll eine Kommission unter demVorsitz des DPG-VizepräsidentenMarkus Schwoerer die Rolle derPhysik an der Schwelle zum neuen

Jahrtausend ausloten und damit andas 1994 verabschiedete DPG-Memorandum „Die Zukunftbraucht Physik“ anknüpfen.

Am 18. Januar wird MinisterinBulmahn das Jahr der Physik miteiner der Astronomie und Astro-physik gewidmeten Veranstaltungin Berlin offiziell eröffnen. „DieBedeutung derPhysik für denFortschritt inDeutschland“lautet der Titeleiner von RangaYogeshwar mo-derierten Exper-tenrunde amgleichen Tag. ImApril, Juni undSeptember werden Veranstaltungenzur Elementarteilchen- und Kern-physik, Quantenoptik, Atom- undMolekülphysik sowie kondensiertenMate-rie folgen. Höhepunkt sollenim Dezember die Feierlichkeitenzum 100. Geburtstag der Quanten-theorie in Berlin sein. Die Öffent-lichkeitsarbeit für die Veranstaltun-gen hat die DPG-PresseagenturIser&Putscher übernommen.

�Flachdisplays aus Deutsch-land für den WeltmarktEin Laptop mit Braunscher Röhre?Undenkbar! Nicht nur Laptops,sondern praktisch alle modernenInformations- und Kommunikati-onsgeräte wären unmöglich, gäbe eskeine kleinen, leichten und energie-sparenden Flachdisplays. Bereitsheute wird ihr Weltmarkt auf 27Mrd. $ geschätzt, und Prognosengehen von zweistelligen Zuwachs-raten für die nächsten Jahre aus.Um Deutschland einen Teil diesesKuchens zu sichern, haben sich imvergangenen Jahr über 20 Firmenund Institute in der Initiative„Flachdisplays aus Deutschland fürden Weltmarkt“ zusammenge-schlossen. Deutschland habe – sodas Ergebnis einer nun vorgelegtenStudie#) – ein Umfeld, das beson-ders gut für die Produktion vonFlachdisplays geeignet sei. Ange-sichts eines derzeit sehr günstigenZeitpunkts für den Einstieg in dieProduktion empfehlen die Verfasserder Studie, parallel Produktions-kapazitäten für zwei verschiedeneTechnologien aufzubauen.

Deutsche Institute spielen in derersten Liga, was die Forschung und

*) www.iid.de/aktionen/aktionsprogramm/

#) www.imm-mainz.de/fpd/fpstudie.pdf

Physikalische Blätter55 (1999) Nr. 11

Aktuell

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Das offizielle Logo zum Jahr der Physik

perimenten Ende der 80er Jahrehandelte es sich um vergleichsweisestabile Molekülfragmente. Mit ver-besserter Zeitauflösung wurdenneue Glieder von Reaktionskettensichtbar, bis schließlich ganze Re-aktionen wie in Zeitlupe beobach-tet werden konnten. In der Femto-sekundenspektroskopie werdenMoleküle mit zwei ultrakurzen La-serpulsen beschossen. Der erstePuls pumpt die Moleküle in einenangeregten Zustand und „zündet“die Reaktion. Ein zweiter Pulsspektroskopiert den Zustand desMoleküls nach einer Zeitspannevon üblicherweise 10 bis 100 fs.

*) www.aip.org/statistics/trends/reports/hsreport.pdf

Entwicklung von Flachdisplays be-trifft, und deutsche Firmen sindteilweise Weltmarktführer als Zu-lieferer – beispielsweise Merck fürFlüssigkristalle oder Schott für spe-zielle Dünngläser. Auch die Nach-frage nach Displays ist hierzulande,vor allem in den Branchen Auto-mobil, Elektro und Maschinenbau,

vorhanden. Her-steller gibt esaber nur zwei inDeutschland:Optrex Europemit einem Um-satz von ca.230 Mio. DMund AEG MISmit ca. 15 Mio.DM — 96 % desWeltmarkts tei-len sich Firmenaus dem Fern-ost. Somit fehltderzeit die Pro-

duktion als Bindeglied zwischenForschung, Zulieferindustrie undAbnehmern, so daß sowohl die Zu-lieferer als auch die Anwender vonfernöstlichen Firmen abhängen. An-gesichts des starken Wachstums seijetzt ein Einstieg in die Produktionmöglich, ohne etablierte Firmenverdrängen zu müssen.

Derzeit dominieren Flüssigkri-stalldisplays (LCD) den Display-markt zu 90 %. Da sich dieser An-teil in den nächsten Jahren wohlnur geringfügig reduzieren wird,

empfiehlt die Initiative den Einstiegin die Produktion von aktiv ange-steuerten LCDs (AM-LCD). MitInvestitionen von 350 – 400 Mio.DM und ca. 350 Arbeitskräften seies möglich, innerhalb von fünf bissechs Jahren eine „Einstiegslinie“aufzubauen, mit der sich die Pro-zesse der Massenfertigung etablie-ren lassen. Bei den zahlreichen, mitLCDs konkurrierenden Technolo-gien werden besonders große Hoff-nungen in organische Leuchtdio-den (OLED) gesetzt. Da sich dieseTechnologie noch in einem deutlichfrüheren Stadium befindet undweltweit noch keine Produktionsli-nien existieren, ist hierfür zunächsteine zwei- bis dreijährige Entwick-lungsphase und anschließend derAufbau einer Pilotlinie nötig. DieInvestitionen hierfür belaufen sichauf ca. 50 Mio. DM, bei jährlichenKosten von ca. 25 Mio. DM (inkl.Gehälter für 70 Mitarbeiter). Nunsei die Politik gefragt, das unter-nehmerische Risiko beim Einstiegin die Produktion „abzufedern“ undInvestitionsanreize zu schaffen.Auch im Fernen Osten werde derAufbau von Flachdisplay-Produkti-onslinien mit öffentlichen Geldernunterstützt. Als Gegenleistungwinkten viele tausend Arbeitsplätze– allein in Japan sind mehr als100 000 Arbeitnehmer in dieserBranche beschäftigt.

Stefan Jorda

hat in den letzten Jahren stetig zu-genommen und liegt jetzt bei 47 %.Dies geht aus einer neuen Studiedes American Institute of Physicshervor*). Wie eine Umfrage unter3500 Physiklehrern ergab, hängt dieQualität des Unterrichtes, den dierund 800 000 Physikschüler erhal-ten, sehr stark von sozialen Fakto-ren ab. An Schulen in reichen Ge-meinden ist der Anteil der Lehrer,die sich auf die Physik spezialisierthaben, deutlich höher als an „ärme-ren“ Schulen. Auch bei der appara-tiven Ausstattung des Physikunter-richts sind die armen Schulen be-nachteiligt. Entsprechend ist auchder Anteil der Physikschüler in rei-chen Gemeinden höher als in ärme-ren.

DOE für Kohlendioxid-beseitigungDas Department of Energy (DOE)hat zunächst 9 Mio. $ bereitgestellt,um die Möglichkeiten zur gefahrlo-sen Beseitigung von Kohlendioxidzu untersuchen und dadurch demTreibhauseffekt entgegenzuwirken.Es wird u. a. daran gedacht, das von Verbrennungskraftwerken er-zeugte CO2 zu verflüssigen und an-schließend im Meer zu versenkenoder in der Erdkruste zu deponie-ren. Im Jahr 2001 soll im Meer vorHawaii in 900 Metern Tiefe ein er-stes Experiment stattfinden, dashauptsächlich von Japan finanziertwird. Umweltschützer warnen vorAuswirkungen auf die Meereslebe-wesen. Zudem kritisieren sie, daßdiese Form der CO2-Entsorgung vonder Suche nach alternativen Ener-gieformen ablenken könnte. Dochauch im Kongreß gibt es Widerstandgegen die DOE-Pläne, da einige Po-litiker alles vermeiden wollen, wasals Zustimmung zum Kyoto-Proto-koll über die globale Erwärmungausgelegt werden könnte.

NIF in ernsten Schwierig-keitenDie auf 1,3 Mrd. $ veranschlagteNational Ignition Facility (NIF),das Kernstück des US-Atomwaffen-programms, wird voraussichtlich300 Mio. $ teurer und mindestenszwei Jahre später fertig werden alsgeplant. Mit dieser schlechtenNachricht überraschte das Lawren-ce Livermore Laboratorium, woNIF im Auftrag des DOE gebautwird, den DOE-Chef Bill Richard-son. Noch im Juni hatte Richardson

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Aktuell

In Deutschlandgibt es derzeit eingünstiges Umfeldfür den Einstieg indie Flachdisplay-Produktion. EinBeispiel ist dieFirma Covion, dieim industriellenMaßstab Materiali-en für organischeLeuchtdioden her-stellt, aus denensich Polymerdis-plays fertigen las-sen (Foto: Covion)

Zähes Ringen um For-schungsausgabenEin vom Repräsentantenhaus verab-schiedetes Gesetz sieht starke Ein-schnitte bei den Forschungsausga-ben vor. So soll die NASA rund 1 Mrd. $ weniger bekommen, als imHaushaltsentwurf geplant. Davonwären vor allem kleinere, wissen-schaftlich ausgerichtete Forschungs-missionen betroffen – nicht jedochdie Weltraumstation. Auch die Na-tional Science Foundation soll fast300 Mio. $ weniger erhalten. Präsi-dent Clinton hat diese Entscheidungsofort heftig kritisiert und sein Vetoangedroht. Die republikanischeMehrheit im Repräsentantenhaushätte durch ihre riskanten Steuer-senkungspläne den Forschungs-haushalt in die politische Arena ge-zerrt, hieß es. Der ebenfalls von den

USA

Republikanern beherrschte Senathat darauf umgehend reagiert undsich gegen die geplanten Kürzungenausgesprochen. Nach dem Willendes Senats soll das NSF-Budget um250 Mio. $ auf insgesamt 3,9 Mrd. $anwachsen. Die NASA würde zwardie ursprünglich in Aussicht gestell-ten 13,6 Mrd. $ erhalten. Doch fürdie Forschung stünden der NASA43 Mio. $ weniger zur Verfügung alsin diesem Jahr. Jetzt müssen sichSenat und Repräsentantenhaus eini-gen.

Guter und schlechter Physik-unterrichtRund 28 % Prozent aller Schüler anden US-High-Schools haben 1997einen Physikkurs belegt. Dies istder höchste Prozentsatz seit 1945.Der Anteil der Physikschülerinnen

Blick auf die nochnicht fertiggestellteTarget-Kammerder National Igni-tion Facility, in derein Deuterium-Tri-tium-Target mit192 Superlaserngezündet werdensoll. NIF wird vor-aussichtlich 300Mio. $ teurer undzwei Jahre späterfertig sein alsgeplant. (Foto:NIF)

bekanntgegeben, daß die Arbeitenam NIF planmäßig verlaufen. EndeAugust trat der NIF-Direktor Mi-chael Campbell überraschend zu-rück, angeblich weil er verschwie-gen hatte, daß er keinen PhD-Ab-schluß besitzt. Kurz darauf stelltesich heraus, daß NIF vor zahlrei-chen technischen Problemen steht.

Zum einenmüssen die 192Superlaser, de-ren gebündelteStrahlen auf einDeuterium-Tri-tium-Target ge-richtet werdensollen, sowie dienachfolgendeOptik unterReinraumbedin-gungen betrie-ben werden.Offenbar istman aber amLawrence Liver-more Laborato-rium aus eigenerKraft nicht in

der Lage, NIF hinreichend staubfreizu bekommen. Inzwischen hatRichardson beschlossen, ein vomDOE unabhängiges Unternehmenmit der Lösung des Staubproblemszu beauftragen. Experten sehenaber noch weitere Schwierigkeiten.Der Bau von NIF wird sich in je-dem Fall beträchtlich verzögernund verteuern. Bisher hat das DOEfast 800 Mio. $ in die Anlage inve-stiert. Richardson will, daß die jetztaufgedeckten zusätzlichen Kostenfür NIF aus dem Budget von La-wrence Livermore beglichen wer-den. Außerdem sucht das DOEnach Einsparmöglichkeiten. So istim Gespräch, die Zahl der Laser zuhalbieren. Dies würde die am Tar-get zur Verfügung stehende Energie

deutlich reduzieren. Möglicherwei-se reicht sie dann nicht mehr aus,um eine Kernfusion in Gang zubringen. Für die ursprüngliche Auf-gabe von NIF, die Simulation vonAtombombenexplosionen, spieltdies keine Rolle. Doch die Hoff-nung zahlreicher Wissenschaftler,mit NIF auch zivile Forschung zurInertialfusion betreiben zu können,schwinden.

USA bei Veröffentlichungenhinter Europa und AsienGemessen an der Zahl der veröf-fentlichten physikalischen Facharti-kel sind die USA jetzt auf den drit-ten Platz zurückgefallen, hinter dieStaaten der EU und die asiatischenPazifikstaaten. Dies geht aus einerStudie des Institute of Scientific In-formation in Philadelphia hervor.Demnach kommt nur noch jedesfünfte der weltweit rund 100 000paper im Jahr aus den USA. Dochim entscheidenden Punkt bleibendie US-Physiker Spitze: Ihre Veröf-fentlichungen werden im Schnitt

rund 50 % häufiger zitiert als die ih-rer Kollegen in anderen Ländern.

Schau mir in die Augen...

Die Spionagehysterie an den Kern-waffenlaboratorien der USA treibtseltsame Blüten. So sollen nachdem Willen des DOE bis zu 5000Forscher und nichtwissenschaftli-che Angestellte von Los Alamos,Sandia und Lawrence Livermoremit dem Lügendetektor getestetwerden. Zwar ist die Teilnahmefreiwillig, doch wer kneift, muß mitKonsequenzen rechnen, so dasDOE. Darüber hinaus sollen alleAngestellten, die eine security clea-rance haben, dem DOE über even-tuelle „enge und anhaltende Kon-takte“ mit Ausländern bestimmterNationen Bericht erstatten. Übereine gemeinsam verbrachte Nachtwill das DOE noch hinwegsehen –aber bei zwei Nächten hört derSpaß auf.

Rainer Scharf

Physikalische Blätter55 (1999) Nr. 1110

Aktuell

Organisation der Forschungfür die Zukunft? Im Februar 1999 beauftragte Pre-mierminister Jospin eine parlamen-tarische Kommission unter Leitungder Abgeordneten Cohen und LeDeaut damit, die gegenwärtige fran-zösische Forschungslandschaft zubewerten und mögliche Entwick-lungsrichtungen aufzuweisen. Derkürzlich veröffentlichte Berichtgliedert sich in drei Teile: Einer Be-standsaufnahme folgt ein Kapitelüber mögliche Auswege aus der sich

abzeichnenden Krise, der Berichtmündet in 60 konkrete Vorschläge.

Nach Cohen und Le Deaut stehtdie französische Wissenschaft aneinem Wendepunkt: Das in 50 Jah-ren gewachsene System aus Univer-sitäten, Grandes Ecoles und For-schungsorganisationen (CNRS,CEA, etc.) hat das Land zwar zurzweiten Forschungsnation Europas(nach Deutschland) gemacht, istaber durch die Verkrustung derStrukturen und die Überalterungseines Personals gefährdet. Außenvor bleiben frisch promovierte

Frankreich

Wissenschaftler, denen in der öf-fentlichen Forschung zu wenigeadäquate Stellen angeboten wer-den.

Der zweite Teil beginnt mit derFeststellung, daß bis zum Jahr 201050 % der jetzt aktiven Wissenschaft-ler in den Ruhestand gehen werden.Jetzt sei der Zeitpunkt, mit einergezielten Rekrutierungspolitik dieStrukturen der Forschungsland-schaft zu modifizieren. Die Autorenwarnen davor, die freien Stellenerst im letzten Moment zu beset-zen. Vielmehr sollten ab jetzt jungeWissenschaftler als enseignants-chercheurs („lehrende Forscher“)an den Universitäten eingestelltwerden. Erste Schritte dazu seienseit 1998 von der Regierung bereitsgetan. Um die Parallelentwicklungvon Hochschulen und Organisatio-nen zu durchbrechen, empfehlendie Autoren einen neuen Status dervon den Organisationen beschäftig-ten chercheurs („Forscher“): Diesesollen möglichst nicht mehr auf Le-benszeit rekrutiert werden, sondernfür begrenzte Zeit von den Hoch-schulen an die Organisationen ab-geordnet werden. Damit würde derfranzösische Sonderweg, der heutenoch zahlreiche „reine Forscher“ohne Lehrverpflichtungen hervor-bringt, aufgehoben. Eine Wissen-schaftlerkarriere sollte sich dem-nach im steten Wechsel zwischenForschung und Lehre abspielen.Die an den Universitäten nach ei-ner Abordnung vakanten Stellenkönnten dazu genutzt werden,Doktoranden und jungen Wissen-schaftlern praktische Erfahrungenin der Lehre zu vermitteln.

Der dritte Teil des Berichts ent-hält 60 Vorschläge, wie diese Ideenim Detail umgesetzt werden kön-nen, teils mit genauer Angabe derGesetze und Dekrete, die zu modi-fizieren sind. Die Handschrift vonWissenschaftsminister Allègre istdarin unverkennbar. Noch liegenkeine Reaktionen der Betroffenenvor, vor allem der Angestellten derOrganisationen. Diese werden abersicher nicht lange auf sich wartenlassen.

Thomas Otto

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Aktuell

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�Neutronensterne in derThermosflasche Erstes Fermi-Gas aus Atomen

Vier Jahre nach der spektakulärenErzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats ist es jetzt am JointInstitute for Laboratory Astro-physics (JILA) in Boulder, Colo-rado, erstmals gelungen, auch einFermi-Gas aus Atomen herzustel-len. Wie auch ein Bose-Einstein-Kondensat entsteht ein fermioni-sches Quantengas durch Abkühleneiner Wolke magnetisch gefangenerAtome unter eine kritische Tempe-ratur. Dann kommen die Unter-schiede zwischen Bose-Einstein-und Fermi-Dirac-Statistik zum Tra-gen. Während Bosonen in einengemeinsamen makroskopischenGrundzustand kondensieren, kön-nen Fermionen aufgrund des Pauli-Prinzips nicht denselben Zustandeinnehmen. Bei T = 0 besetzen Fer-mionen alle Energieniveaus mitE < EF = kTF.

Die Folgen der Fermi-Dirac-Statistik für ein ultrakaltes Gas von fast 106 Kalium-Atomen (40K)konnten Deborah Jin und ihr Mit-arbeiter Brian DeMarco in demjetzt veröffentlichten Experimenteindrucksvoll beobachten [Science285, 1703 (1999)]. Da jeder Zustandder Falle nur einmal besetzt werdenkann, müssen die Atome zuneh-mend die noch freien, energetischhöherliegenden Zustände einneh-men. Das Gas sträubt sich dahergegen die Kompression im Fallen-potential und baut einen quanten-statistischen Gegendruck auf.Dieser Effekt ist ähnlich auch inNeutronensternen wirksam undverhindert dort den Dichtekollapsim Gravitationspotential. Im JILA-Experiment läßt sich der quanten-statistische „Fermi-Druck“ anhandder Impulsverteilung der gefange-nen Atome beobachten. Hierzuwird die Falle schlagartig ausge-schaltet und die Ortsverteilung derAtome nach einer Flugzeit vonwenigen Millisekunden mit einerCCD-Kamera beobachtet. Aus derOrtsverteilung läßt sich auf die Im-pulsverteilung der Atome in derFalle zurückrechnen. Unterhalb derkritischen Temperatur TF, die vonder Anzahl der Atome abhängt,zeigte sich vor allem im Zentrumdes Gases eine deutliche Abwei-chung von der Gauß-Form, wieman sie für ein klassisches Gas

Prof. Dr. ClausZimmermann,PhysikalischesInstitut der Univer-sität Tübingen, Aufder Morgenstelle 14,72076 Tübingen

erwarten würde. Die Analyse derImpulsverteilung ergab zudem eineÜberhöhung der inneren Energievon bis zu 13 % ihres klassischenWertes, ein klares Indiz für dieBesetzung höherliegender Energie-niveaus der Falle.

Im Experiment wurden die ex-

trem niedrigen Temperaturen vonwenigen hundert Nanokelvin durchVerdampfungskühlen erreicht. Die-ses Verfahren ist für bosonischeAtome weit entwickelt und basiertauf dem kontrollierten Entfernender Atome mit überdurchschnitt-licher Energie. Die verbleibendenAtome thermalisieren durch elasti-sche Stöße, und zwar wegen desEnergieverlusts bei einer niedrige-ren Temperatur. Für fermionischeGase bereitet das Verdampfungs-kühlen indessen Schwierigkeiten.Da kalte Atome im gleichen Streu-zustand stoßen, bleiben elastischeStöße nämlich aufgrund des Pauli-Prinzips verboten. Diesen Effektkonnten die Forscher am JILA ineiner Vorstudie eindrucksvoll de-monstrieren [B. DeMarco et al.,Phys. Rev. Lett. 82, 4208, (1999)].Ein Ausweg ist die Verwendung vonGemischen z. B. zweier verschiede-ner Atomsorten. In Boulder wurdedieses Konzept besonders elegantumgesetzt. Die gefangenen Kalium-Atome wurden zu etwa gleichenTeilen in zwei verschiedenen Zu-ständen des Grundzustands-Hy-perfeinstruktur-Multipletts präpa-riert (F = 9/2, mF = 9/2 und F = 9/2,mF = 7/2). Die jetzt unterscheidba-

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Aktuell

ren Atome umgehen das Pauli-Ver-bot und können somit durch elasti-sche Stöße thermalisieren. Naheder Fermi-Temperatur TF beobach-tet man eine drastische Abnahmeder Kühleffizienz, die es offenbarverhindert, Temperaturen unter 0,5TF zu erreichen (s. Abb. ). DieserEffekt ist eine erste Signatur desFermi-Gases. Der sich aufbauendeFermi-Druck stabilisiert die Größeder Wolke und damit auch derenDichte. Die bis dahin wirksame Er-höhung der Stoßrate mit sinkenderTemperatur („run away cooling“)findet nicht mehr statt, und das Gasthermalisiert zunehmend langsa-mer. Darüber hinaus finden sichimmer weniger unbesetzte Zustän-de innerhalb der Fermi-Fläche, indie die Atome elastisch gestreutwerden können.

Für die Zukunft wird es einespannende Herausforderung sein,diese Schwierigkeiten zu überwin-den und zu noch tieferen Tempera-turen zu gelangen. Es bestündedann die Möglichkeit, daß sich dieAtome aufgrund ihrer attraktivenWechselwirkung zu Paaren zusam-menschließen und einen superflüs-sigen Zustand bilden.

Claus Zimmermann

Ein Gas aus fermionischen Atomen sträubt sich bei tiefen Tem-peraturen gegen eine Kompression. Statt im Grundzustand derFalle zu kondensieren, besetzen die einzelnen Atome jeweilsnur ein Energieniveau. Ihre mittlere kinetische Energie liegtdadurch höher als bei bosonischen Atomen. Gezeigt ist dieImpulsverteilung von fermionischen Kalium-Atomen in einerMagnetfalle oberhalb (links) und unterhalb der kritischen Tem-peratur TF (weiß = höchste Dichte, blau/schwarz = niedrigsteDichte). Der Kreis markiert die Fermi-Energie EF = kBTF. Dieheißere Wolke links enthält 2,5 Millionen Atome bei einer Tem-peratur von 2,4 mmK (T/TF = 3), die Wolke rechts mit 0,78 Millio-nen Atomen bei 290 nK befindet sich im entarteten Regime(T/TF = 0,5). Bei T = 0 lägen alle Atome innerhalb der Fermi-Kugel. (Abb.: D. Jin)

Supersymmetrie inkomplexen Spektren Symmetrien spielen in unseremVerständnis der Natur eine zentraleRolle. Gerade bei komplexen Phä-nomenen helfen sie uns, Ordnungin die oft verwirrenden experimen-tellen Beobachtungen zu bringenund neue, zunächst phänomenolo-gische Theorien zu entwickeln. Aufder Suche nach einer Vereinheitli-chung der grundlegenden Wechsel-wirkungen in der Natur sind dieTeilchenphysiker auf Supersymme-trien gestoßen. Die zu diesen Sym-metrien gehörigen Transformatio-nen führen Bosonen in Fermionenüber. Neue mathematische Struktu-ren, sogenannte graded Lie-Alge-bren, wurden entwickelt, die eineReihe von sehr schönen Eigenschaf-ten haben. Bis heute hat man je-doch keine Realisierung dieser viel-versprechenden Theorien in derNatur gefunden.

In einem ganz anderen Gebietder Physik, der Spektroskopie vonkomplexen Atomkernen bei nieder-en Anregungsenergien, wurden nunHinweise auf Supersymmetrie ge-funden. Um etwaigen Verwechslun-gen vorzubeugen, muß man ganzklar feststellen, daß die zugrunde-liegende Physik hier eine ganz an-dere ist. Die einzige Gemeinsamkeitzur Teilchenphysik besteht in denanalogen mathematischen Formeln.Auch erwartet man in der Interpre-tation von Kernspektren keine neu-en Wechselwirkungen. Heute wirdallgemein angenommen, daß alledie faszinierenden und komplexenPhänomene der Kernphysik imStandardmodell der Quantenchro-modynamik und der elektroschwa-chen Wechselwirkung enthaltensind. Freilich entzieht sich dieseTheorie bei niederen Energien bisheute einer Lösung, und man istnoch weit davon entfernt, die ein-fachsten Eigenschaften, wie dieProtonenmasse oder die Wechsel-wirkung zwischen zwei Nukleonenaus der QCD abzuleiten, geschwei-ge denn die komplexen Spektrenvon schweren Kernen zu verstehen.

Bei der Anwendung von Symme-trien in der Physik muß man unter-scheiden zwischen den „exakten“Symmetrien, wie der Rotationssym-metrie, die allen Theorien zugrundeliegen, und näherungsweisen Sym-metrien, die nur bei speziellen Phä-

nomenen auftreten. Im letzterenFall läßt sich der Hamilton-Opera-tor nicht vollständig nach irredu-ziblen Darstellungen ausreduzieren,d. h. in Blockdiagonalform bringen,es gibt aber Bereiche im Spektrum,in denen die eine oder die andereDarstellung „näherungsweise ent-koppelt“, d. h. die außerdiagonalenMatrixelemente, die an Zuständeanderer irreduzibler Darstellungender Gruppe koppeln, sind klein ge-genüber den entsprechenden Ener-gieabständen. Auch in diesen Fällensind gruppentheoretische Methodensehr hilfreich, um Ordnung in sehrkomplexe Strukturen zu bringen.

Um einen solchen Fall handelt essich bei den Spektren schwererAtomkerne. Kerne enthalten alselementare Bausteine Nukleonen,d. h. Protonen und Neutronen, alsoFermionen, die durch die starkeKraft zusammengehalten werden.Die Wechselwirkung führt im Zu-sammenhang mit dem Pauli-Prinzipdazu, daß sich die einzelnen Nu-kleonen in einem mittleren Poten-tial bewegen, das ähnlich wie beiden Elektronen im Potential desAtomkerns zu einer Schalenstruk-tur führt. In schweren Kernen be-finden sich die meisten Nukleonenin abgeschlossenen Schalen. Wich-tig für das Verständnis der niedrigliegenden Anregungsspektren sinddeshalb nur die Nukleonen in denValenzschalen. Die Komplexitätdieser Spektren wird durch die re-lativ große Zahl von Valenznukleo-nen und durch ihre effektive Wech-selwirkung bedingt. Letztere führtdazu, daß sich die Valenznukleonennicht unabhängig voneinander immittleren Potential des Kerns bewe-gen, sondern daß sie stark gekop-pelte Paare bilden, ähnlich wie dieCooper-Paare im Supraleiter.

Es hat sich herausgestellt, daßdabei zwei Typen von Paaren einebesondere Rolle spielen, solche, diezum Drehimpuls null gekoppeltsind (s-Paare), und solche, die zumDrehimpuls 2 gekoppelt sind (d-Paare). In beiden Fällen führt dieWechselwirkung zu einer starkenAbsenkung der entsprechenden Ni-veaus und zu einer näherungswei-sen Entkopplung des sd-Raums vondem Rest der Zustände. Diese s-und d-Paare benehmen sich nähe-rungsweise wie Bosonen mit ganz-zahligem Spin. Es läßt sich auchformal zeigen, daß sich ein Fermio-

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Aktuell

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Kernphysik

nen-System rnit gerader Teilchen- zahl im Bild von wechselwirkenden Bosonen beschreiben la& und zwar im Prinzip exakt. Die Effekte des Pauli-Prinzips sind dabei nicht vernachlassigt, sondern sie treten in einer effektiven Wechselwirkung zwischen den Bosonen auf. Dies ist die Grundlage von auRerordentlich

Die komplexen Kernspektren von vier verschiedenen Pt- und Au-lsotopen sind iiber Beziehungen aus der Theorie der Super- symmetrie miteinander verkniipft. Dadurch ist es moglich, iiber 100 gemessene Niveaus mit nur sechs phanomenologischen Parametern zu beschreiben, wie der Vergleich des gemessenen Niveau-Schemas von lg6Au (rechts) mit den Resultaten der supersymmetrischen Gruppe U(6/12)@U(6/4) zeigt (links). Die experimentellen Spin-Zuweisungen sind zum Teil noch vorlau- fig. Ich danke G. Graw fur die Uberlassung dieser Abbildung.

Prof. Dr. Peter Ring, Physikdepartment, Technische Univer- sitat Miinchen, 85748 Garching, ring@ph.tum.de

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erfolgreichen phanomenologischen Boson-Modellen zur Beschreibung komplexer Spelttren, z. B. dem Interacting Boson Model (IBM) von Janssen, Arima und Iachello [l], das von s- und d-Bosonen aus- geht (SU(G)-Modell) und den effek- tiven Boson-Hamilton-Operator rnit Hilfe von gruppentheoretischen Methoden parametrisiert. Es zeigte sich, dal3 die reiche Struktur der SU(6) rnit ihrer ICette von Unter- gruppen U(5), SU(3) und O(6) in vielen Bereichen der ICernphysik realisiert ist. Diese gruppentheore- tischen Methoden erlauben es, we- sentliche Strukturen in diesen ltom- plexen Spektren zu verstehen und bilden heute die Grundlage der Analyse von solchen Spektren.

Es ist Itlar, daR sich rnit diesen Boson-Modellen nur ICerne mit ge- rader Proton- und Neutronzahl (gg- Kerne) beschreiben lassen. Es lag daher nahe, gruppentheoretische Modelle auch zur Beschreibung von ug, gu und uu-Kernen heranzuzie- hen (u steht fur ungerade). Im Interacting Boson Fermion Model (IBFM) werden daher Bosonen an einzelne Fermionen geltoppelt. Iachello hatte die ltuhne Idee, dar- iiber hinauszugehen und supersym- metrische Modelle zu entwiclteln, bei denen Boson- und Fermion-Zu- stande im gleichen Multiplett zu- sammengefagt sind [ 2 ] . Bei diesen Physikalische Blaller 55 (1999) Nr. I1

Modellen ltommt es naturlich sehr auf die spezielle Struktur der Va- lenzschalen an, in denen sich das uberschiissige Fermion bewegt. Im allgemeinen konnen das mehrere Unterschalen mit recht verschiede- nen Einteilchen-Drehimpulsen sein. Das fuhrt im allgemeinen zu auger- ordentlich komplexen Gruppen, und es gibt dann im Gegensatz zu dem sd-Raum des IBM-Modells kaum noch physikalische Argumen- te, warum man sich gerade auf eine oder wenige spezielle Ketten von Untergruppen beschranken kann. Auf der Suche nach geeigneten Ge- genden im Periodensystem mit rela- tiv einfachen Gruppen ist man bis- her nur in wenigen Fallen fundig geworden. Das bekannteste Beispiel ist die Platin-Gold-Gegend, wo das letzte Neutron uber die Unterscha- len 3plIz, 3p,,,, 2f5,, verteilt ist. Dies fuhrt zu einem Fermion-Raum der Dimension 12 und zusammen rnit der Dimension 6 im Boson- Raum zu der supersymmetrischen graded Lie-Algebra U(6/12) fur die Neutronen. Wenn man annimmt, daR das ungerade Proton in der 2d,,,-Schale sitzt, erhalt man fur die Protonen die Algebra U(6/4) und fur das Gesamtsystem die er- weiterte Supersymmetrie U(6/12)@ U(6/4). Diese Symmetrie verltniipft die Spektren von vier Icemen, gg, ug, gu und uu. Das beltannteste Beispiel sind die vier Kerne lg4Pt, lg5Pt, lg5Au und lg6Au. Um die Spektren dieser vier ICerne in einem Bild zu verstehen, nimmt man nun an, dal3 man sich auf eine der vie- len dynamischen Untergruppenltet- ten beschranken ltann. Man geht hier davon aus, daR der gg-Kern Ig4Pt von der Untergruppe O(6) im Boson-Raum dominiert wird. Dann erhalt man einen analytischen Aus- druclt fur die extrem ltomplexen Spelttren in diesen vier Kernen mit iiber 100 gemessenen Niveaus. Er enthalt sechs phanomenologische Parameter, die schon vor mehreren Jahren aus den Daten des gg-Kerns lg4Pt und der benachbarten ungera- den Icerne lg5Pt und Ig5Au festgelegt wurden. Wesentlich ist jedoch der uu-Kern lg6Au, von dem bisher nur wenige Niveaus beltannt waren. Die Aussagen iiber die Realisierung ei- ner Supersymmetrie in Kernen wa- ren daher bisher nicht sehr uber- zeugend.

Der Gruppe von G. Graw am Munchner Tandem-Beschleuniger gelang es nun, unter Mitwirltung von Gruppen aus Fribourg und

Bonn, durch Transfer-Reaktionen rnit Protonen- und polarisierten Deuteron-Strahlen die Spektren von lg5Pt und Ig6Au mit hoher Pra- zision zu vermessen und zu testen, inwieweit das oben beschriebene supersymmetrische Modell realisiert ist [3]. Die Abbildung zeigt die ent- sprechenden Zustande negativer Paritat (nur diese interessieren in diesem Zusamenhang). In der Tat findet man in diesem Fall eine aus- gezeichnete Ubereinstimmung der Daten rnit den Aussagen des supersymmetrischen Modells. Sie zeigt deutlich, da13 sich diese kom- plexen Spektren im Rahmen eines supersymmetrischen Modells sehr erfolgreich analysieren lassen. Sie wird dariiber hinaus gestiitzt durch analoge Untersuchungen der Trans- fer-Wahrscheinlichlteiten.

Diese Resultate werfen naturlich sofort zwei Fragen auf: (i) Sind ent- sprechende Symmetrien auch in anderen Gebieten des Perioden- systems realisiert und lassen sich die i. a. sehr komplexen und relativ wenig untersuchten Spektren der uu-ICerne so besser verstehen? (ii) Was ist der physikalische Grund, daR man sich bei der Analyse dieser Spektren auf eine dynamische Gruppenltette beschranken ltann und weshalb kann man alle ande- ren ICetten und die Kopplung an andere Freiheitsgrade vernachlassi- gen?

Im Falle des phanomenologi- schen IBM-Modells ltonnte der Er- folg wenigstens qualitativ durch die naherungsweise Entkopplung der s- und d-Paare verstanden werden. Um zu einem besseren Verstandnis der supersymmetrischen Modelle zu gelangen, das hinausgeht uber eini- ge Aussagen zu den Auswahlregeln [4], bedarf es noch eingehender weiterer theoretischer Untersu- chungen. Dennoch ist es interessant zu sehen, daR es ein Gebiet in der Physilt gibt, in dem supersymmetri- sche Strukturen wenigstens nahe- rungsweise existieren.

PETER RING

Literatur D. Ianssen e t al., Nucl. Phys. A224, 93 (1974); A. Arima, F. Iachello, Ann. Phys. 99, 253 (1976) F. Iachello, Phys. Rev. Lett. 44, 772 (1980) A . Metz et al., Phys. Rev. Lett. 83, 1542 (1999) U. Kaup, P. Ring, Nucl. Phys. A462, 455 (1987)

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Prof. Dr. GünterReiss, Fakultät fürPhysik, UniversitätBielefeld, Postfach100 131, 33501Bielefeld

�Magnetfeldumkehr in PicosekundenDaten speichern im GHz-Takt?

Auf Festplatten werden Informatio-nen durch eine gezielte Einstellungder Magnetisierung in kleinen, ca.1 mm2 großen Bereichen gespei-chert. Dazu erzeugt ein ungefähr0,1 mm von der Oberfläche entfern-ter Schreibkopf ein räumlich engbegrenztes Magnetfeld, das die lo-kale Magnetisierung M der Plattefestlegt. Will man M in einem Be-reich umdrehen, so legt man dasSchreibfeld bei heutigen Systemen

antiparallel an. Dabei muß dieFeldstärke für eine Ummagnetisie-rung ausreichen (H � 100 kA/m)und so lange anliegen, bis sich Mlokal in Feldrichtung gedreht hat. Jenach Qualität des Speichermediumskann dieser Vorgang einige Nano-sekunden andauern, was die ultra-schnelle Datenspeicherung zeitlichbeschränkt [1]. Für die „klassische“Festplatte und neue Bauteile wiedas Magnetic Random Access Me-mory (MRAM) wird daher auf demWeg vom Megahertz- zum Giga-hertz-Takt entscheidend, wieschnell und mit welchen Feldstär-ken sich geeignete Speicherschich-ten ummagnetisieren lassen.

Eine Gruppe von Physikern ausder Schweiz und den USA hat nundie Umkehrung der Magnetisierungeiner Cobalt-Schicht mit Feldpulsenvon nur einigen Picosekunden Dau-er und Stärken von 184 kA/m de-monstriert [2]. Sie legte den Pulsdabei aber nicht entgegen, sondernsenkrecht zur Magnetisierung an,was eine Präzessionsbewegung vonM verursachte, die nach dem Pulsausklang. War der Feldpuls starkgenug, dann konnte sich M wäh-rend dieses Ausklingens umdrehen,d. h. es wurde eine Ummagnetisie-rung erreicht. Dieser Vorgang wur-de schon an Schichten gezeigt, beidenen die Vorzugsrichtung der Ma-gnetisierung senkrecht zur Schicht-

ebene lag [3]. Dort waren allerdingsFeldstärken von ca. 2000 kA/mnötig, die sich mit Schreibköpfennicht erzielen lassen. Feldstärkenvon 200 kA/m sind dagegen mitheute verfügbaren Schreibköpfenproblemlos erreichbar.

Abbildung 1 veranschaulicht dasPrinzip des neuen Verfahrens. Inden Co-Schichten liegt die Vorzugs-richtung der Magnetisierung, darge-stellt durch das Anisotropiefeld Ha,in der Schichtebene in x-Richtung.Das Herausklappen von M aus derEbene wird durch das entmagneti-sierende Feld Hd erschwert, dasdurch Streufelder hervorgerufenwird. Die Filme wurden zunächst in(–x)-Richtung magnetisiert undanschließend am Stanford-Linear-beschleuniger mit Elektronenpulsenunterschiedlicher Intensität undDauer beschossen, deren Magnet-feld Hext kreisförmig in der Schicht-ebene liegt und mit 1/R abnimmt.Damit begann die Magnetisierungvor allem dort zu präzedieren, woHext senkrecht zu M stand. In Be-reichen, in denen Hext entgegenge-setzt zu M orientiert war, erwarteteman dagegen eine „klassische“ Um-magnetisierung, sofern die Feldstär-ke und die Pulsdauer ausreichten.

Nach dem Feldpuls zeigte dieMagnetisierung im allgemeinennicht mehr in die (–x)-Richtung.Daher präzedierte M weiter um dasnun vorliegende effektive FeldHeff = Ha+Hd, und zwar in einer ge-dämpften Bewegung in eine neueGleichgewichtslage, vorstellbar ambesten als nach innen laufende Spi-

rale. Die neue Lage wird dabei fest-gelegt durch die Richtung von Mbeim Abschalten des Pulses unddurch die beiden Felder Ha und Hd.

Abbildung 2a zeigt die durchRasterelektronenmikroskopie mitSpinpolarisationsanalyse (SEMPA)abgebildete Magnetisierung der Co-Schicht nach Abklingen der Präzes-sion. In den dunklen Bereichenliegt M entgegengesetzt zu seinerursprünglichen Orientierung. Daskomplizierte Domänenmuster umdie x-Achse resultiert aus der ört-lich variierenden Richtung undStärke des Feldpulses (vgl. Abb. 1),aus denen sich lokal unterschiedli-che Bedingungen beim Abschaltendes Pulses ergeben. Auf der Achsex = 0, auf der M und Hext senkrechtzueinander standen, ist keine Ma-gnetisierungsumkehr zu erkennen.Die Dauer des Pulses von 4,4 pswar also zu kurz, um die Probe„klassisch“ umzumagnetisieren. MitHilfe der Landau-Lifshitz-Glei-chung kann das erhaltene Musterrecht gut wiedergegeben werden,wie Abb. 2b zeigt. Details der Rech-nung stimmen zwar nicht mitAbb. 2a überein, vor allem im Zen-trum der Figur, was die Autoren aufDomänenwände, Strahlenschädi-gung und magnetische Anregungenzurückführen. Aber dennoch zeigtdas Experiment, daß eine Um-magnetisierung mit technisch reali-sierbaren Feldstärken und ultrakur-zen Pulsen möglich ist, indem maneine Präzessionsbewegung anregt.Für die Weiterentwicklung extremschneller Datenspeicher und neuer

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Aktuell

Abb. 1:Blitzschnelles Um-magnetisieren: EinElektronen-Pulsvon einigen psDauer fällt senk-recht auf eine Co-Schicht und er-zeugt einen Ma-gnetfeld-Puls Hext,der die Magnetisie-rung M zur Präzes-sion anregt. NachAbschalten desPulses kann M ei-ne neue Gleichge-wichtslage einneh-men. Eine wichtigeRolle spielt dabeidas Feld Hd, daseinem Herausdre-hen von M aus derSchichtebene ent-gegen wirkt.

Abb. 2:�� a) Magnetisierung einer Co-Schichtnach einem Magnetfeld-Puls von 4,4 psDauer. In den hellen Bereichen zeigt Mnach links, in den dunklen nach rechts.Da die Schicht vor dem Feldpuls homo-gen nach links magnetisiert war, wurdedurch Anregen der Präzessionsbewegungeine lokale Ummagnetisierung erreicht.Die Vergrößerung zeigt Details der Über-gangsbereiche.

�� b) Ergebnisse einer Simulationsrech-nung zur Magnetisierung der Schichtnach dem Feldpuls. Die in a) erhaltenenStrukturen lassen sich gut reproduzieren.Derartige Rechnungen können daherz. B. zum Design geeigneter Schreibköpfebeitragen. (Abb.: C. H. Back)

MRAM-Speicherzellen [4] scheintes daher aussichtsreich, die bisherexistierende zeitliche Schrankedeutlich zu unterschreiten.

Günter Reiss

Literatur[1] A. Lyberatos, R. W. Chantrell,

J. Phys. Cond. Matt. 9, 2623(1997)

[2] C. H. Back et al., Science285, 864 (1999).

[3] R. L. Stamps, B. Hillebrands,Appl. Phys. Lett. 75, 1143(1999)

[4] G. Reiss, H. Brückl und A.Hütten, Phys. Bl., April 1998,S. 339

�Orbitale im Blick

Elektronenorbitale mit ein paarFormeln und einem Mathematik-programm auf dem Bildschirm dar-zustellen ist keine Kunst. Umsoschwieriger ist es jedoch, die Orbi-tale im Experiment zu vermessen.Das ist jetzt drei Physikern undeinem Chemiker von der ArizonaState University in Tempe gelungen.Mit einer Kombination aus Rönt-gen- und Elektronenbeugung ver-mochten sie die Elektronendichte

in Kuprit (Cu2O), einem kerami-schen Halbleitermaterial, zu rekon-struieren. Dabei entstanden be-stechend klare Bilder von den Va-lenzelektronen, die für die Bindungzwischen den Atomen sorgen (sieheAbbildung). Zwar gehört die Rönt-genbeugung schon lange zu denStandardverfahren, um die Gitter-struktur eines Kristalls zu bestim-men. Doch die Valenzelektronenblieben dabei schwer zugänglich,weil die Elektronen der innerenSchalen das Signal dominieren. In einem nicht perfekten Kristallwird das Beugungsspektrum zu-dem durch Defekte und Störstellenverändert, so daß der Beitrag deräußeren Elektronen nicht klar er-kennbar ist.

John Spence und seine Mitarbei-ter haben dieses Problem gelöst,indem sie einen nur wenige Nano-meter großen Kristallausschnitt miteinem Elektronenmikroskop unter-suchten. So konnten sie eine Re-gion auswählen, die praktisch freivon Störstellen war. Als Funktionder Kristallorientierung zeichnetensie dann die Intensität der gebeug-ten Elektronen auf, und zwar unterBerücksichtigung nur der elastischgestreuten Elektronen. Diese Daten

ergänzten sie mit Aufnahmen ausder Röntgenstrukturanalyse undverglichen sie mit theoretischen Be-rechnungen, in die die Elektronen-Dichteverteilung im Kristall ein-geht. Die Dichteverteilung wurdedann solangeiteriert, bis diedaraus berech-nete Beugungs-struktur mitdem Experimentübereinstimmte[J. M. Zuo et al.,Nature 401, 49(1999)].

Die in derAbbildung blaudargestellteFläche siehtdem dz2-Orbitalaus dem Lehr-buch sehr ähn-lich. Blau kennzeichnet hierbei eineniedrigere Elektronendichte im Ver-gleich zur sphärischen Elektronen-dichte eines Kupferions. Die nicht-sphärische Form bestätigt die Ver-mutung, daß beide Atomsorten inKuprit nicht durch rein ionische,sondern auch durch kovalente Bin-dungsanteile zusammengehalten –die beiden Keulen zeigen in Rich-

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Elektronenorbitalewie aus dem Lehr-buch lassen sichauch messen, hierdas s-dz2-Orbital inCu2O. Die nicht-sphärische Formdeutet auf kova-lente Bindung zumnächsten Nachbarnhin. (Abb.: J. M.Zuo/ASU)

tung der nächsten Sauerstoffatome.Die eigentliche Überraschung desExperiments bestand jedoch darin,daß auch zwischen Kupferatomenkovalente Bindungen nachgewiesenwurden. Sie äußern sich darin, daßdie Valenzelektronen der Kupfer-atome in der theoretisch vorherge-sagten 4s-3dz2-Hybridisierung vor-liegen: Die Valenzelektronen ver-lassen die 3d-Schale zum Teil undbesetzen die ausgedehntere 4s-Schale, in der sie zur kovalentenBindung beitragen. Dadurch ent-steht ein Loch in den d-Orbitalen,das eine verringerte Elektronen-dichte zur Folge hat. So läßt sichverstehen, warum die Kupferatomein Cu2O in einem dichtgepacktenGitter angeordnet sind, eine Form,die mit einem Ionen-Modell nichterklärbar ist. In der Zukunft wärees interessant, das Verfahren aufkompliziertere Strukturen wie zumBeispiel Hochtemperatur-Supralei-ter mit ihren CuO2-Ebenen anzu-wenden. Auf diese Weise ließensich vielleicht die Löcher lokalisie-ren, die für die Supraleitung ent-scheidend sind.

Max Rauner

�Quantenpunkte en masse

Quantenpunkte sind Nanostruktu-ren aus Halbleitern, in denen dieLadungsträger in einem dreidimen-sionalen Potentialtopf eingesperrtsind. Daher können die Ladungs-träger — ähnlich wie in einemAtom — nur diskrete Energie-werte annehmen. Damiteinher gehen außerge-wöhnliche elektroni-sche Eigenschaf-ten, die bei-spielsweise zu großen Er-wartungen anQuantenpunkteals aktives Mediumfür Festkörperlaserführen. In ihrer Herstel-lung unterscheidet manzwei Prinzipien: Im top-down-Zugang werden Quantenpunktemit lithografischen Methodendirekt in ein Substrat „geschrieben“– ein langsames Verfahren, nichtfür die Massenproduktion geeignet.Beim bottom-up-Zugang hingegenentstehen Quantenpunkte spontanund selbstordnend unter geeignetenWachstumsbedingungen, beispiels-weise beim Aufwachsen einer ver-

spannten Schicht auf einem Sub-strat (vgl. Phys. Bl., Juni 1997, S. 517). Mit diesem Verfahren las-sen sich auch große Flächen schnellund regelmäßig mit Quantenpunk-ten bedecken.

Stefan Facsko und Kollegen vonder RWTH Aachen sowie der TUDarmstadt haben nun eher zufälligeine großflächige Anordnung vonQuantenpunkten mit einem neuarti-gen Verfahren erzeugt: Nach demBeschuß einer GaSb-Oberfläche mitArgon-Ionen fanden sie unter demRasterelektronenmikroskop regel-mäßig angeordnete Kegelspitzenmit einem Durchmesser, der je nachBeschußzeit bis auf 50 nm anwuchs.Geht man von einer GaSb-Schichtauf einem AlSb-Substrat aus, soentstehen bei diesem Prozeß frei-stehende GaSb-Quantenpunkte[Science 285, 1551 (1999)]. DieQuantenpunkte entstehen nur beisenkrechtem Beschuß der Ober-fläche; schräger Beschuß führt –wie schon länger bekannt – zu wel-lenförmigen Strukturen. Theore-tisch erklären lassen sich sowohldie wellen- als auch die punkt-förmigen Strukturen aus dem Wett-spiel zwischen einer „negativenOberflächenspannung“, die im Ge-gensatz zur gewöhnlichen Ober-flächenspannung die Oberflächemaximieren möchte, sowie der Dif-fusion von Oberflächenatomen, diezum Ausschmieren der Strukturenführt. Im Nachhinein stellte sichheraus, daß Theoretiker die Erzeu-gung von Quantenpunkten mit

diesem Mechanismus bereitsvorhergesagt hatten, ein

Nachweis aber noch nichtgelungen war.

Noch sind diespektralen Eigen-

schaften derQuantenpunk-

te bei weitem nicht befriedigend, zu schwach und zu breit sind dieEmissionslinien. Die Autoren sindaber zuversichtlich, daß sich dasErgebnis mit Standardprozessender Halbleitertechnologie wesent-lich verbessern und auch auf andereMaterialien ausdehnen läßt.

Stefan Jorda

Physikalische Blätter55 (1999) Nr. 1118

Aktuell

WWW

Eigene Funde sind willkommen. Bitte schicken Sie eine e-mail mit Kurz-beschreibung an Thomas Severiens, severien@merlin.physik.uni-oldenburg.de

Durch densenkrechten

Beschuß mit Ionenlassen sich nanometer-

große Quantenpunkte aufeiner Halbleiteroberfläche

erzeugen. (Abb.: S. Facsko)

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Warum Frauen in den Naturwissen-schaften unterrepräsentiert sind, dar-über diskutieren Frauen und Männerauf der Website der Zeitschrift Nature:helix.nature.com/debates/. Ein Forumzu dem Thema bieten auch der Arbeits-kreis Chancengleichheit der DPGwww.dpg-physik.de/fachgremien/akc/ und das Pendant in Österreichwww.ati.ac.at/ OePG/DieOePG/AKFrauen/AKFrauen.html an. Aufden Seiten findet frau auch Links auf Tagungen, wie beispielsweise die Physikerinnentagung www.physikerinnentagung.de

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