kolloquium
Ort / Place
Physik Campus Riedberg, Max-von-Laue-Str. 1, 60438 Frankfurt
Großer Hörsaal, Raum 0.111 


Zeit / Time
Mittwochs / Wednesday , 16.00 Uhr c.t.

27.10.2021

Prof. Dr. Horst Schmidt-Böcking (Institut für Kernphysik, Goethe-Universität Frankfurt) - PRÄSENZ

Alfred Landé 1921 in Frankfurt: Die Entdeckung halbzahliger Quantenzahlen und des g-Faktors

Alfred Landé wird in vielen Lehrbüchern der Quantenphysik als einer der Pioniere der Quantenphysik genannt. 1921 entdeckte er auf empirischem Wege in Frankfurt in seiner Arbeit über den normalen und den anomalen Zeeman-Effekt grundlegende Eigenschaften der Kopplung inneratomarer magnetischer Momente und damit die Vektoraddition von Drehimpulsen in Atomen. Er leitete daraus empirisch ab, dass im Gegensatz zur klassischen Physik halbzahlige Quantenzahlen in Atomen existieren müssen und das klassisch erwartete gyromagnetische Verhältnis von g = 1 zwischen magnetischem Moment und Drehimpuls für halbganzzahlige Quantenzahlen g = 2 sein muss. Er fand seine berühmte für den Gesamtzustand eines Atoms gültige g-Faktor-Formel, die in voller Übereinstimmung mit der später abgeleiteten g-Faktor-Formel aus der Schrödinger-Gleichung ist. Landés Entdeckung ebnete damals den Weg für andere wichtige Entdeckungen wie das Pauli-Prinzip. Wolfgang Pauli sagte in seinem Nobelvortrag: Das grundlegendste der Landéschen Ergebnisse war die Einführung von halbzahligen Quantenzahlen für die Dublettspektren der Alkalimetalle. Diese Entdeckung war von entscheidender Bedeutung für mein Auffinden des Ausschlußprinzips (Pauli-Prinzips).

Local Host: Prof. Dr. Krellner (PI)

10.11.2021

Dr. Benesh Joseph (Institut für Biophysik, Goethe-Universität Frankfurt) - PRÄSENZ

Electron spin resonance spectroscopy of membrane protein complexes:
from in vitro to in vivo

Pulsed dipolar electron spin resonance spectroscopy techniques enable the determination of electron-electron dipolar coupling and the interspin distances within a range of materials. Nowadays, these techniques are used for the structural characterization of proteins and nucleic acids. I will introduce the application of pulsed electron double resonance (PELDOR or DEER) spectroscopy combined with site-specific incorporation of spin labels for the characterization of membrane protein complexes. The determination of electron-electron dipolar coupling using a Q-Band (34 GHz) spectrometer equipped with an arbitrary waveform generator (AWG) and the calculation of interspin distances will be discussed. Application of these techniques for the elucidation of conformational heterogeneity, equilibrium dynamics, kinetics, and thermodynamics of membrane protein complexes and the ongoing efforts to perform such experiments in the complex cellular environment will be presented.

Local Host: Prof. Dr. Bredenbeck (IBP)

01.12.2021

Prof. Dr. Andreas Wipf (Friedrich-Schiller-Universität Jena) - VIRTUELL via Zoom

Exotic Phases and Phase Transitions for Interacting Fermions

In the talk I will present new results about the critical flavor number in 3-dimensional Thirring models and on the existence or non-existence of inhomogeneous phases in Gross-Neveu-type theories in lower dimensions. The existence and value of a critical flavor number has been debated for almost 30 years. Only recently it has been possible to pin down this number with simulations based on chiral fermions.

The two-dimensional Gross-Neveu model at finite bayon density show spontaneous breaking of translational invariance in the limit where the number of flavors N gets large. We will discuss whether this breaking is only a large-N artifact or whether inhomogeneous structures are seen for finite N. Results for various interacting Fermi systems are discussed.

local host: Prof. Dr. Marc Wagner (ITP)

08.12.2021

Dr. Benjamin Dönigus (Institut für Kernphysik, Goethe-Universität Frankfurt) - PRÄSENZ; Habilitation-Antrittsvorlesung

Der LHC als Kochtopf für leichte Kerne und exotische Objekte

Am LHC Beschleuniger des CERN werden Protonen und Atomkerne auf ultrarelativistische Energien beschleunigt und zur Kollision gebracht. Dabei wird, je nach Kollisionssystem, eine Vielzahl neuer Teilchen produziert, die von Experimenten wie ALICE nachgewiesen werden können. Während in Proton-Proton Kollisionen im Mittel etwa 6 geladene Teilchen entstehen, sind es in zentralen Pb-Pb Kollisionen bis zu 2000 geladene Teilchen, die in den Detektoren nachgewiesen werden. Die produzierten Teilchen sind in erster Linie Pionen, die leichtesten Hadronen, dazu kommen einige Kaonen und, im Verhältnis dazu, sehr wenige Protonen. Noch unwahrscheinlicher ist die Produktion von Atomkernen oder noch exotischeren Objekten, etwa Atomkerne, in denen Teilchen mit strangeness oder sogar mit charm-Quarks vorkommen. Nichtsdestotrotz werden leichte Kerne wie Deuteronen, Helium und Alpha sowie die entsprechenden Antikerne in solchen Kollisionen erzeugt und nachgewiesen.

Beschreibt man die Teilchenproduktion in einem statistisch-thermischen Modell, so lassen sich die Häufigkeiten aller gemessenen Teilchen unter Annahme einer Systemtemperatur von etwa 160 MeV, also ungefähr 2x1012 K, ziemlich gut beschreiben. Diese Temperatur ist rund 100000-mal so hoch wie die Kerntemperatur der Sonne.

ALICE hat sich als ausgezeichnetes Instrument erwiesen, um diese seltenen und schwach gebundenen Objekte nachzuweisen. Dabei wurde ausgenutzt, dass einige der Detektoren schnell genug sind, um bereits während der Datennahme Ereignisse mit seltenen Teilchen zu selektieren. Der Übergangsstrahlungsdetektor, der in Frankfurt mitgebaut wurde, ist ein solcher Detektor, der zur online-Erkennung von Kollisionsereignissen entwickelt wurde, die Elektronen enthalten. Diese Funktionalität wurde erweitert, um auch Ereignisse mit leichten Kernen zu selektieren. Damit wurde die Messung des Hypertritons möglich, einem Deuteron, an das ein Lambda-Hyperon mit nur 130 keV gebunden ist. Ergebnisse aus diesen Bereichen werden präsentiert und offenbaren den LHC als Kochtopf für Materie und Antimaterie in vielen Facetten.

local host: Prof. Dr. Appelshäuser (IKF)

15.12.2021

Dr. Guiliano Franchetti (Institut für Angewandte Physik, Goethe-Universität Frankfurt) - PRÄSENZ

Challenges and perspectives of large accelerators

From the invention of the cyclotron by Ernest Lawrence, the development of particle accelerators has been characterized by the constant increase of size and energy. The art of delivering particle beams has required mastering all the physical effects originating in the beam itself and from its surroundings. The post-LHC era foresees even larger accelerators and even higher energies with new beam physics challenges. This presentation will review the main beam physics limitations and will discuss novel challenges as the interplay of the particle beams with vacuum neutral molecules equipped with dipole moments. The quest for precision in storage rings will also be discussed for the emerging interest in the possible use of storage rings as gravitational antennas.

Local Host: Prof. Dr. Ratzinger (IAP)

19.01.2022

Dr. Jürgen Lisenfeld (Karlruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe) - PRÄSENZ

Atomic Tunneling Defects in Superconducting Quantum Computers

Superconducting quantum bits have reached a pole position in the race to realize a quantum computer.

However, the coherence of such solid-state qubits is severely limited by structural defects in the circuit materials. These provide a bath of parasitic two-state quantum systems, so-called TLS, which give rise to fluctuations and dissipation of qubit energy. Understanding the microscopic origins of TLS defects is thus vital for the progress towards practical quantum computers.

In this talk, I will give a brief introduction to superconducting qubits and show how they can be operated as sensitive detectors to study individual TLS defects.

In our experiments, we manipulate the defects' quantum states by resonant microwave driving and read them out by coherent swap operations. Moreover, tuning of TLS by applied mechanical strain and tailored electric fields provides novel spectroscopy methods that reveal mutual defect interactions and allow one to determine the defects' locations in a given qubit sample.

These techniques provide a new insight into disordered materials and yield valuable information to guide improvements in sample fabrication that are urgently needed to obtain higher coherence in micro-fabricated quantum devices.

Local Host: Prof. Dr. Müller (PI)

02.02.2022

Prof. Dr. Peter Heering (Universität Flensburg); Local Host: Prof. Dr. Wilhelm (IDP)

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