Lise Meitner Lectures - Ultrakurze Lichtpulse

Die gemeinsam von der deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) und der ÖPG organisierte diesjährige Lise Meitner-Lecture (LML) wurde am 25. April 2023 im Festsaal der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) abghalten. Prof. Donna Strickland präsentierte vor fast 300 Besuchern - darunter zahlreiche Studenten und Schüler -  die wichtigsten Experimente und Erkenntnisse, um die Erzeugung von hochenergetischen, jedoch ultrakurzen Lichtpulsen zu ermöglichen, wofür sie 2018 gemeinsam mit Gérard Mourou eine Hälfte des Physiknobelpreises erhielt.

Dabei wurden die Besucher:innen auf einen Streifzug von den Anfängen der Quantenphysik durch Albert Einsteins Erklärung des photoelektrischen Effekts, über die Entwicklung der nichtlinearen Optik bis hin zu modernen hoch-leistungsfähigen Ultra-Kurzpuls Lasern mitgenommen. Die beindruckenden wissenschaftlichen Errungenschaften, basierend auf Donna Stricklands Experimenten, waren garniert mit Anekdoten sowie Tipps für Nachwuchswissenschaftler:innen.

Die ÖPG bedankt sich bei ÖAW-Vizepräsidentin Ulrike Diebold und der ÖAW sowie der DPG für die äußerst gelungene und hochprofessionell Organisation dieser gemeinsamen Veranstaltung. Besonderer Dank geht an Donna Strickland, die auf Einladung vom LML-Komitee unter Federführung von Prof. Monika Ritsch-Marte, Medizinische Universität Innsbruck, und Prof. Dr. Barbara Sandow, Freie Universität Berlin, insgesamt eine Woche in Österreich und Wien verbrachte, um neben den beiden Vorträgen mit Fachkollegen, Vertreter:innen der Young Minds und Junger DPG sowie Schüler:innen zu diskutieren.

link zum Bericht der ÖAW

Anton Zeiinger erhält Ehrendoktorat der Universität Innsbruck

Das Rektorat der Universität Innsbruck hat in dieser Woche beschlossen, Anton Zeilinger für seine hervorragenden wissenschaftlichen Leistungen ein Ehrendoktorat zu verleihen. Zeilinger war von 1990 bis 1999 Universitätsprofessor am Institut für Experimentalphysik und hat hier bahnbrechende Experimente durchgeführt, so 1997 die erste Quantenteleportation mit Photonen, die nun mit dem Nobelpreis gewürdigt werden. Er legte damit einen der Grundsteine für den Aufstieg der Innsbrucker Quantenphysik zur Weltspitze.

„Anton Zeilingers wissenschaftliche Erfolge waren entscheidende Impulse für den Ausbau der Quantenphysik in Innsbruck und Wien. Diese Entwicklung hat wesentlich zum gegenwärtigen Weltruf Österreichs in diesem zukunftsträchtigen Fachbereich beigetragen“, betont Rektor Tilmann Märk. An der Universität Innsbruck forschen heute über 20 international beachtete Forschungsgruppen im Bereich der Quantenphysik. „Zeilinger hat nicht nur wissenschaftliche Durchbrüche erzielt. Er hat es auch verstanden, die komplexen Fragen, mit denen er sich beschäftigt, in Bilder zu übersetzen, die seine Forschung auch für Laien zugänglich und interessant gemacht haben. Damit hat er ganz wesentlich zur Popularisierung der Quantenphysik in unserem Land beigetragen“, sagt Rektor Märk. „Für die Universität Innsbruck ist es eine große Ehre und Freude, dass der diesjährige Nobelpreis für Physik für Erkenntnisse vergeben wird, die in den Labors der Innsbrucker Physik entstanden sind. Mit dem Ehrendoktorat für Anton Zeilinger würdigen wir diesen besonderen wissenschaftlichen Höhepunkt und bringen unsere enge Verbundenheit mit dem neuen Nobelpreisträger zum Ausdruck.“

Nach zahlreichen Auslandsaufenthalten in den 1970er- und 1980er-Jahren wurde Anton Zeilinger 1990 an die Universität Innsbruck berufen. Hier wirkte er bis 1999 als Universitätsprofessor für Experimentalphysik und Leiter des gleichnamigen Instituts. Er bezog mit seinem Team moderne Laborräume in dem Ende der 1980er-Jahre neu erbauten Victor-Franz-Hess-Haus am Campus Technik im Westen von Innsbruck. Um 1995 entwickelte Anton Zeilinger mit seiner Gruppe in diesen Labors eine neue, hochintensive Quelle von verschränkten Photonen-Paaren, die Startpunkt für viele neue Experimente zur Quantenverschränkung war. Damit gelang ihm 1997 auch die erste Teleportation mit Lichtteilchen. Dieses Resultat war die Grundlage für viele weitere Anwendungen im Bereich der Quantenkommunikation und für andere Quantenexperimente. Der Vergleich dieses Experiments mit dem aus der Fernsehserie „Star Trek“ bekannten „Beamen“ hat Anton Zeilinger auch in der breiten Öffentlichkeit schlagartig bekannt gemacht. Fortan wurde er in den Medien gerne als „Mr. Beam“ porträtiert. Viele Mitglieder seines damaligen Teams haben die Quantenforschung in die Welt hinausgetragen. So leitet Jian-Wei Pan die Bemühungen Chinas, in der Quantenphysik eine führende Rolle einzunehmen, Harald Weinfurter ist Professor an der LMU München, der Niederländer Dirk Bouwmeester Professor an der Universität Leiden, Thomas Jenewein Professor an der kanadischen Universität Waterloo, Jörg Schmiedmayer Professor an der TU Wien und der Tiroler Gregor Weihs nach Forschungspositionen in Japan und Kanada Professor für Photonik an der Universität Innsbruck.

(Presseaussendung der Universität Innsbruck, Mag. Uwe Steger)

ERC Start Preis für Christian Prehal

Pressemitteilung der Universität Salzburg (Dezember 2022)

Der Materialwissenschaftler Christian Prehal erhält einen mit 2,4 Mio Euro dotierten Starting Grant des Europäischen Forschungsrates (European Research Council – ERC). Der Jungwissenschaftler wird an der Paris Lodron Universität Salzburg an der Entwicklung einer auf Metall und Schwefel basierenden, ökologisch verträglichen „Superbatterie“ arbeiten.

Christian Prehal (geboren 1988 in Radstadt, Salzburg) studierte Materialwissenschaften an der Montanuniversität Leoben, wo er 2017 im Bereich der Materialphysik und Elektrochemie promovierte. Im selben Jahr erhielt er den  Christian Doppler Preis 2017 der Salzburger Landesregierung. Nach einem zweijährigen Postdoc-Aufenthalt an der TU Graz, wechselte Prehal im Zuge eines Marie Sk?odowska-Curie Stipendiums an die ETH Zürich, wo er seither an nachhaltigen Batterietechnologien, wie Lithium-Schwefel-Batterien forscht. Die Schwerpunkte liegen dabei auf der Methodenentwicklung, um die physikalisch-chemischen Prozesse im Inneren der Batteriematerialien besser zu verstehen.

Nicola Hüsing, Vizerektorin für Forschung an der Paris Lodron Universität Salzburg, betont: „Mit Christian Prehal geht dieser hochdotierte Starting Grant an einen absoluten Spitzenforscher, dem ich sehr herzlich gratuliere. Seine Forschungsarbeit könnte einen Quantensprung in der Entwicklung umweltfreundlicher Batterien bewirken, eine Forschungsleistung, die unserer Gesellschaft sehr nützlich sein wird.“ Die Forschungen werden am Fachbereich Chemie und Physik der Materialien der PLUS durchgeführt, der von Professor Oliver Diwald geleitet wird.

Batterien sind eine der Schlüsseltechnologien, um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren. Derzeit findet eine Revolution im Bereich der Mobilität aber auch in der Energieerzeugung statt. Sowohl für den Einsatz in der Elektromobilität als auch für die stationäre Speicherung von erneuerbaren Energien müssen zukünftige Batterien nachhaltiger, kostengünstiger und leistungsfähiger werden. „Bahnbrechend in dieser Hinsicht könnten Metall-Schwefel-Batterien sein“, betont Christian Prehal. „Als Metall können wir Lithum, Natrium oder Magnesium verwenden. Neben den niedrigen Kosten und der Nachhaltigkeit des Speichermaterials Schwefel könnte diese Art von Batterien auch enorme Mengen an Energie speichern.“ Wichtigste Voraussetzung für die Realisierung dieses Vorhabens sei es jedoch, ein grundlegendes Verständnis über Prozesse auf der Nanometerskala (ein Millionstel Millimeter) zu haben. Nur so könne diese neue und vielverspechende Batterietechnologie in die Praxis umgesetzt werden, so Prehal.

Genau hier setzt das ERC Starting Grant Projekt an. Christian Prehal und sein Team wollen die Mechanismen der Umwandlung in Metall-Schwefel-Batterien identifizieren und daraus effizientere Möglichkeiten der Schwefelumwandlung ableiten. „Kern unserer Arbeit ist die Entwicklung neuer experimenteller Methoden und die Nutzung moderner Methoden der Datenwissenschaften, wie etwa Machine Learning. Im ERC Projekt kombinieren wir zeitaufgelöste Röntgenstreuung und Cryo-Elektronenmikroskopie mit Machine-learning unterstützter stochastischer Modellierung. Damit können wir die sehr komplexe Strukturbildung auf der Nanometerskala direkt, während des Ladens und Entladens verfolgen“, so Prehal. Die daraus abgeleiteten Designprinzipien sollen schließlich in Prototypen mit hoher Speicherdichte und hoher Lebensdauer sowie ohne kritische Rohmaterialien wie Nickel und Cobalt umgesetzt werden.

ERC Starting Grants bieten jungen Wissenschaftlern, die noch am Beginn ihrer Karriere stehen die Möglichkeit, sich mit eigenständigen Projekten als exzellente Forschende zu etablieren. Die Mittel werden für einen Zeitraum von fünf Jahren zur Verfügung gestellt. Insgesamt 17 Förderpreise mit einem Gesamtvolumen von 28,3 Mio Euro gingen nach Österreich, das damit europaweit auf Platz acht rangiert. Eine Liste aller Preisträger, Statistiken zum Abschneiden einzelner Länder und die Presseinformation des ERC sind auf der Website des ERC abrufbar:  European Research Council awards €636m in grants to emerging science talent across Europe | ERC (europa.eu)

Informationen:

Projektname: Systems Materials Engineering for High-Rate Solid-Sate Conversion in Metal-Sulfur Batteries (SOLIDCON)
Projektleitung: Dr. Christian Prehal
Paris-Lodron University Salzburg (PLUS)
Projektdauer: 5 Jahre

Kontakt:

Dr. Christian Prehal ist über E-Mail erreichbar, befindet sich jedoch derzeit in den USA und antwortet zeitversetzt:

cprehal@ethz.ch

HR Mag. G. Pfeifer
Leitung Kommunikation und Fundraising
Paris Lodron Universität Salzburg | Abt. Kommunikation und Fundraising
Kapitelgasse 4-6 | A-5020 Salzburg
Tel: +43 662 8044 2024

ERC Start Preis für Aleksandar Matkovic

Universität Innsbruck - Mehr Photonen für die Quantenkommunikation

Ein neues Experiment an der Universität Innsbruck in Zusammenarbeit mit Forscher*innen aus Bayreuth, Dortmund, Münster und Linz zeigt, dass mit der sogenannten SUPER-Methode für die Erzeugung von Photonen die Informationsrate in zukünftigen Quantenkommunikationsnetzwerken verdoppelt werden kann.

Überall auf der Welt forschen Physiker*innen daran, neue Technologien zu entwickeln, die sich die Prinzipien der Quantenmechanik zu Nutze machen. „Ein Versprechen der Quantenkommunikation ist es, Informationen sicher austauschen zu können. Jeder heimliche Lauschangriff würde bemerkt“, erklärt Gregor Weihs, Leiter des Instituts für Experimentalphysik an der Universität Innsbruck. Quantenkommunikation basiert darauf, Licht in seiner kleinsten Einheit, dem Photon, zu verschicken. Um Einzelphotonen zu erzeugen, benutzen die Wissenschaftler*innen Quantenpunkte. „Das sind winzige Halbleiterkristalle, die einfach in Chip-Bausteine integriert werden können“, erklärt Armando Rastelli vom Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik der Johannes Kepler Universität Linz.

Mit Laserlicht kann man den Quantenpunkt anregen und so ein Einzelphoton erzeugen. Dies ist aber knifflig: Wenn das Laserlicht die gleiche Wellenlänge (Farbe) wie das erzeugte Einzelphoton hat, ist eine komplizierte Filtertechnik nötig. Dabei gehen mindestens die Hälfte der erzeugten Photonen wieder verloren.

Um dieses Problem zu überwinden, wurde im vergangenen Jahr eine neue Methode vorgeschlagen: das Swing-UP of quantum emitteR population (SUPER)-Schema. Doris Reiter von der TU Dortmund erklärt: „Das SUPER-Schema nutzt zwei rot-verstimmte Laserpulse, also solche mit geringerer Energie als der Quantenpunkt-Übergang, um Einzelphotonen zu erzeugen.“ So wird das Filtern überflüssig und theoretisch können doppelt so viele Einzelphotonen erzeugen werden.

Die Forschungsarbeit resultierte aus einer Zusammenarbeit von Forscher*innen aus Österreich und Deutschland. „Der Austausch zwischen Theorie und Experiment hat die erfolgreiche Umsetzung des Vorschlags ermöglicht“, betont Thomas Bracht von der Universität Münster, der die theoretischen Berechnungen durchgeführt hat. Um das Experiment zu realisieren, mussten die Forscher*innen zwei verschiedene Laserpulse erzeugen. „Wir haben die zwei Laserpulse aus einem Puls hergestellt. Dafür haben wir ein spezielles Bauteil, einen räumlichen Lichtmodulator, benutzt“, erklärt Yusuf Karli, der zusammen mit Florian Kappe und Vikas Remesh das Experiment an der Universität Innsbruck mit Quantenpunkten aus der Universität Linz durchgeführt hat. Das Experiment hat gezeigt, dass das SUPER-Schema sehr gut funktioniert und die Ergebnisse hervorragend mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmen.

Mit der Realisierung dieser neuen Methode, über die die Wissenschaftler*innen in der Fachzeitschrift Nano Letters berichten, machen sie einen großen Schritt vorwärts im Bemühen, Quantenkommunikation nicht nur im Labor, sondern für echte Anwendungen nutzbar zu machen.

Publikation: SUPER Scheme in Action: Experimental Demonstration of Red-Detuned Excitation of a Quantum Emitter. Yusuf Karli, Florian Kappe, Vikas Remesh, Thomas K. Bracht, Julian Münzberg, Saimon Covre da Silva, Tim Seidelmann, Vollrath Martin Axt, Armando Rastelli, Doris E. Reiter, and Gregor Weihs. Nano Lett. 2022 https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c01783

Bronze bei der Physik Weltmeisterschaft

Vom 17. bis zum 23. Juli dieses Jahres fand die Physik Weltmeisterschaft in Timisoara in Rumänien statt. Das österreichische Team, bestehend aus Haolei Zhang (18), Moritz Mattersberger (18), Elias Koschier (16), Jeremias Costa (17) und Thomas Riedle(17), holte dort mit einem sensationellen 12. Platz eine Bronzemedaille. Geleitet wurde das Team von Simon Gfreiner, Felix Kloiber-Tollinger und Michael Zellinger.

Das IYPT (International Young Physicists Tournament), auch bekannt als Physik Weltmeisterschaft, ist ein renommierter Physik Wettbewerb an dem jedes Jahr Schülerteams aus der ganzen Welt teilnehmen. Das Format des Wettbewerbs zielt darauf ab tatsächlicher Forschung sehr nahe zu kommen. Dies wird erreicht indem die Aufgaben schon weit vor dem Wettbewerb bekannt gegeben werden. Die Problemstellungen sind jedoch nicht schnell gelöst. Im Gegenteil, sie sind sehr offen gestellt und verlangen eine ausgiebige theoretische und experimentelle Bearbeitung. Dies geschieht vor dem Wettbewerb. Vor Ort präsentieren die Teilnehmer und Teilnehmerinnen ihre Lösungen und müssen diese gegen die anderen Teams verteidigen. Auf diese Art und Weise werden sie ideal auf wissenschaftliches Arbeiten vorbereitet.

Der Wettbewerb besteht aus fünf Runden, so genannten Fights, in denen jeweils drei Teams gegeneinander antreten und ihre Lösungen präsentieren. Für das österreichische Team waren die ersten Fights kein Zuckerschlecken. Doch trotz ernüchternder Ergebnisse in den
ersten beiden Runden ließen die Schüler nicht locker und arbeiteten sich Runde für Runde zur Bronzemedaille vor.

Die fünf Schüler hatten sich im Vorhinein, bei der nationalen Ausscheidung in Leoben (dem AYPT) für das Nationalteam qualifiziert. Dieser Wettbewerb findet jährlich Ende April statt und ist allen Schülern und Schülerinnen aus Österreich offen. Weitere  Informationen sind auf der Website des AYPT (aypt.at) zu finden.

Universität Innsbruck - Quantencomputer lernt fehlerfrei rechnen

Kompletter Bausatz für fehlertolerantes Quantenrechnen im Labor demonstriert

Damit Quantencomputer für die Praxis taugen, müssen Fehler erkannt und korrigiert werden. An der Universität Innsbruck hat nun ein Team von Experimentalphysikern erstmals ein universelles Set von Rechenoperationen auf fehlertoleranten Quantenbits umgesetzt und damit gezeigt, wie ein Algorithmus auf einem Quantencomputer programmiert werden kann, damit Fehler das Ergebnis nicht verfälschen.

Die hohe Präzision moderner Computer hat das Auftreten von Fehler während der Verarbeitung und Speicherung von Daten zu einer Seltenheit werden lassen. Für kritische Anwendung, bei welchen schon einzelne Fehler schwerwiegende Folgen haben können, werden jedoch immer noch Fehlerkorrekturmechanismen, die auf Redundanz der verarbeiteten Daten basieren, eingesetzt. Quantencomputer sind deutlich anfälliger für Störungen und werden damit wohl immer auf Fehlerkorrekturmechanismen angewiesen sein, weil Fehler sich sonst unkontrolliert im System ausbreiten und Information verloren geht. Weil die Quantenphysik es verbietet, Quanteninformation zu kopieren, muss ein logisches Quantenbit auf einen verschränkten Zustand mehrerer physikalischer Systeme, zum Beispiel einzelner Atome, verteilt werden, um die notwendige Redundanz zu erreichen. Dem Team um Thomas Monz vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck und Markus Müller von der RWTH Aachen und dem Forschungszentrum Jülich in Deutschland ist es nun erstmals gelungen, ein Set von Rechenoperationen auf zwei logischen Quantenbits zu realisieren, mit dem jede mögliche Operation umgesetzt werden kann. „Für einen praxistauglichen Quantencomputer benötigen wir einen universellen Gattersatz, mit dem wir alle Algorithmen programmieren können“, erklärt der Innsbrucker Experimentalphysiker Lukas Postler.

Fundamentale Rechenoperation realisiert

Die Wissenschaftler haben diesen universellen Gattersatz auf einem Ionenfallen-Quantencomputer mit 16 gefangenen Atomen umgesetzt. Die Quanteninformation wurde dabei in zwei logischen Quantenbits gespeichert, die auf jeweils sieben Atome verteilt waren. Nun ist es erstmals gelungen, auf diesen fehlertoleranten Quantenbits zwei Rechengatter zu realisieren, die für einen universellen Gattersatz notwendig sind: eine Rechenoperation auf zwei Quantenbits (ein CNOT-Gatter) und ein logisches T-Gatter, welches auf fehlertoleranten Quantenbits besonders schwierig zu implementieren ist. „T-Gatter sind sehr fundamentale Operationen“, erläutert der Theoretiker Markus Müller. „Sie sind besonders interessant, weil Quantenalgorithmen ohne T-Gatter auf klassischen Computern relativ einfach simuliert werden können. Bei Algorithmen mit T-Gatter ist das nicht mehr möglich.“ Demonstriert haben die Physiker das T-Gatter, indem sie einen speziellen Zustand in einem logischen Quantenbit präpariert und diesen über eine verschränkte Gatteroperation auf ein weiteres Quantenbit teleportiert haben.

Aufwand steigt, aber Genauigkeit auch

In logischen Quantenbits ist die gespeicherte Quanteninformation vor Fehlern geschützt. Doch diese ist ohne Rechenoperationen nutzlos und diese Operationen sind selbst fehleranfällig. Die Physiker haben Operationen auf den logischen Quantenbits so implementiert, dass auch Fehler, welche durch die zugrundeliegenden physikalischen Operationen verursacht werden, erkannt und korrigiert werden können. So haben sie die erste fehlertolerante Implementierung eines universellen Gattersatzes auf logischen Quantenbits umgesetzt. „Die fehlertolerante Implementierung benötigt mehr physikalische Operationen. Diese Operationen führen zwar zu zusätzlichen Fehlern auf den einzelnen gefangenen Atomen, dennoch ist die Qualität der logischen Quantenoperationen besser als die nicht-fehlertoleranter Implementierungen“, freut sich Thomas Monz. „Aufwand und Komplexität steigen, aber das Ergebnis ist besser.“ Ihre experimentellen Ergebnisse haben die Forscher auch mittels numerischer Simulationen auf klassischen Rechnern überprüft und bestätigt.

Die Physiker verfügen nun über alle Bausteine für fehlertolerantes Rechnen auf einem Quantencomputer. Jetzt geht es darum, diese Methoden auf größeren und damit für die Praxis interessanten Quantenrechnern umzusetzen. Die in Innsbruck auf einem Ionenfallen-Quantencomputer gezeigten Verfahren können auch auf anderen Architekturen für Quantencomputer eingesetzt werden.

Finanziell unterstützt wurden die Forschungen unter anderem von der Europäischen Union im Rahmen der Quanten-Flagship-Initiative sowie von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG, dem österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und der Industriellenvereinigung Tirol.

Publikation: Demonstration of fault-tolerant universal quantum gate operations. Lukas Postler, Sascha Heußen, Ivan Pogorelov, Manuel Rispler, Thomas Feldker, Michael Meth, Christian D. Marciniak, Roman Stricker, Martin Ringbauer, Rainer Blatt, Philipp Schindler, Markus Müller, and Thomas Monz. Nature 605, 675–680 (2022) doi: 10.1038/s41586-022-04721-1[arXiv:2111.12654]

link zum Artikel der Univ. Innsbruck

Austrian Young Physicists` Tournament (AYPT)

Österreichische Nachwuchsphysiker und -physikerinnen bewiesen sich beim 24. Austrian Young Physicists‘ Tournament

Von 7. bis 9. April fand das Austrian Young Physicists‘ Tournament (AYPT) zum 24. Mal statt. Dieser Schülerwettbewerb wird jährlich als Qualifikationsbewerb für den internationalen Bewerb, das International Young Physicists‘ Tournament (IYPT), das auch als Physikweltmeisterschaft bekannt ist, abgehalten. Dort diskutieren Teams aus je drei Schülerinnen und Schülern Lösungen zu 17 Aufgaben, die zuvor im Team sowohl experimentell als auch theoretisch von den Teams erarbeitet worden waren.

Ein naturwissenschaftlicher Wettbewerb der anderen Art

Während viele beim Gedanken an naturwissenschaftliche Wettbewerbe an einen ruhigen Raum mit über Tests gebeugte Schülerinnen und Schüler denken, läuft das beim AYPT und IYPT anders: Im Team erarbeiten die Schülerinnen und Schüler angewandte Aufgabenstellungen bereits vor dem Wettbewerb unter Zuhilfenahme aller zur Verfügung stehenden Ressourcen. Zum Beispiel beobachteten und beschrieben sie den Wirkungsgrad einer Papierspirale über einer Kerze, wie ein dreiseitiger Würfel aussehen muss oder wie man Lautstärke nur mit einer CD und einem Torsionsfaden messen kann.

Ausgezeichnetes physikalisches und mathematisches Verständnis der Schülerinnen und Schüler sind dafür Grundvoraussetzung, doch auch die Teamarbeit und klare Präsentation und kritische und faire Diskussion der Lösung auf Englisch beim Wettbewerb sind wichtige Fähigkeiten, die die Teilnehmerinnen und Teilnehmer unter Beweis stellen müssen. Die Gesamtleistung wird durch ein motiviertes Team an internationale hochqualifizierte Juroren bewertet.

Zum ersten Mal seit 2019 wieder vor Ort in Leoben

Aufgrund der Corona-Pandemie wurde das Turnier die letzten Jahre im online-Format abgehalten. Umso erfreulicher war es für alle Teilnehmer*innen dass das Turnier dieses Jahr wieder auf der Montanuniversität in Leoben stattfinden konnte. Mit viel Engagement und Kreativität wurden spannende Lösungen für die Aufgabenstellungen erarbeitet und präsentiert. Gleichzeitig fand auch ein grenzüberschreitender Austausch zwischen den Teilnehmer*innen aus ganz Österreich und vielen europäischen Ländern bis Georgien statt.

Team aus Georgien gewinnt das 24. AYPT knapp vor dem APP Innsbruck

Im Laufe des Turniers kristallisierten sich rasch die drei Favoriten, das Team vom APP Innsbruck, das ungarische Team und das Team aus Georgien, heraus. Über drei Vorrunden qualifizierten sich die drei Teams für das Finale am Samstagnachmittag, welches das georgische Team mit knappem Vorsprung vor den Innsbruckern gewann. Zweitbestes österreichische Team und Gewinner einer Bronzemedaille wurde das BG/BRG Villach.

Österreichisches Team für das IYPT steht fest

Auf Basis der gezeigten Leistungen während des Turniers wurden fünf Schülerinnen und Schüler für das IYPT-Team 2022 ausgewählt: Haolei Zhang (Villach), Elias Koschier (Wien), Jeremias Costa (Innsbruck), Riedle Thomas (Innsbruck) und Moritz Mattersberger (Villach). Ihnen steht nun eine intensive Vorbereitung auf den internationalen Wettbewerb bevor. Das Turnier findet vom 15. Juli bis zum 23. Juli in Timisoara, Rumänien statt. Dafür wünschen wir dem österreichischen Team viel Erfolg und danken unseren Sponsoren, ohne die die optimale Vorbereitung und Teilnahme der Schüler nicht möglich wäre: Erasmus+, Bundesministerium für Klimaschutz, Umweld, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie, Österreichische Physikalische Gesellschaft, Ströck, Anton Paar, Infineon, SchülerInnen Forschungszentrum Wien, Rotary Club Leoben, Europa-Gymnasium Leoben, das Land Steiermark und die Stadt Leoben.

Teilnahme am AYPT

Des Weiteren möchte wir darauf hinweisen, dass interessierte Schüler*innen und Lehrer*innen nächstes Jahr abermals die Möglichkeit zur Teilnahme am Bewerb haben. Der Verein AYPT – Österreichische Physikmeisterschaft steht bei Fragen gerne zur Verfügung (email an info.aypt.at) und des Weiteren bietet er Ende November ein alljährliches get-started-with-AYPT Vorbereitungstreffen an, an welchem Schüler*innen und Lehrer*innen herzlichst eingeladen sind teilzunehmen.

Graz Center of Physics: Entscheidung im Architekturwettbewerb gefallen

Universität Graz, TU Graz, BIG und Wissenschaftsministerium präsentieren das Siegerprojekt des Architekturwettbewerbs – so wird das neue Graz Center of Physics ab 2030 in der Außenansicht aussehen. (© Aberjung GmbH)

Beim Graz Center of Physics handelt es sich um eines der größten Universitätsbauprojekte Österreichs. Es wird die Physik-Institute von Universität Graz und TU Graz an einem gemeinsamen Standort vereinen und entsteht bis 2030 am Campus der Uni Graz anstelle der heutigen Vorklinik. Die Universitäten werden mit dem Graz Center of Physics die Synergien in Forschung, Lehre und Infrastruktur weiter stärken und der Grazer Physik zu noch größerer internationaler Sichtbarkeit verhelfen. In diesem Wissenschaftszweig genauso wie in anderen naturwissenschaftlichen Disziplinen kooperieren Uni Graz und TU Graz schon seit 2006 unter dem Namen NAWI Graz sehr erfolgreich.

Im Frühjahr 2021 fiel der Startschuss für das Großbauprojekt. Nach Abschluss des EU-weiten Architekturwettbewerbs präsentieren Wissenschaftsministerium, Bundesimmobiliengesellschaft (BIG), das Land Steiermark, die Stadt Graz sowie die beiden Universitäten nun das Siegerprojekt.

Entscheidung für Architekturbüro fasch&fuchs.architekten

Im Wettbewerb waren eine inspirierende und einladende Architektur für Lehre und Forschung sowie die städtebauliche Integration in die Umgebung gefordert. Gleichzeitig sollte eine Gesamtfläche von beachtlichen 50.000 Quadratmetern für bis zu 1.700 Studierende und 600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter von Uni Graz und TU Graz auf einer möglichst kleinen Grundfläche im dicht verbauten Grazer Innenstadtbezirk Geidorf organisiert werden. Diese Vorgaben erfüllte das Architekturbüro fasch&fuchs.architekten mit seinem Entwurf für einen kompakten und gut strukturierten Neubau.

Viel Platz für Forschung, Hörsäle mit Holz und eine Stadtterrasse

Der Entwurf ist kompakt auf sechs Obergeschoßen und zwei Untergeschoßen organisiert. Die Erdgeschoßzone ist öffentlich zugänglich und hat eine großzügige Raumhöhe von 5,6 Metern. Hier sind fünf holzverkleidete Hörsäle, der größte für 600 Personen, untergebracht. Die eindrucksvolle Aula, charakteristisch für die Handschrift von fasch&fuchs.architekten, erstreckt sich über mehrere Stockwerke. Imposante Treppen und Verbindungsbrücken machen das Foyer zu einem räumlichen Erlebnis.

Über dem Erdgeschoss befindet sich ein zweistöckiger homogener Baukörper mit Laborflächen und den dazugehörigen Büroräumen. Dieser ist um Lichthöfe organisiert, Vertikallamellen an den Fassaden lenken das natürliche Licht bis weit ins Innere des Gebäudes und schützen gleichzeitig vor Sonnenlicht.

Darüber befindet sich das Stockwerk mit der sogenannten Stadtterrasse. Diese ist auch von außen über zwei großzügige Freitreppen zugänglich. Hier wird ein Café mit Blick auf den Uhrturm eingerichtet, es gibt Seminar- und Lernflächen. Die Stadtterrasse verbindet das Universitätsgebäude mit der Stadt und bildet gleichzeitig die Zäsur zum obersten Baukörper, der zurückspringt und damit das mächtige Volumen des Gebäudes relativiert. Hier befinden sich auf drei Ebenen Büros. Sie sind mit den Laborflächen im Untergeschoss vertikal über Stiegen und Lifte verbunden. Die dort verorteten Labore sind für Forschungsarbeiten mit hochsensiblen Forschungsgeräten vorgesehen. Dazu zählen etwa Optiklabore, in die kein natürliches Licht eindringen darf, oder die Elektronenmikroskopie, die keine Erschütterung verträgt.

Klimafreundlich und energiesparend

Beim Bau kommen spezielle Hohlkörperdecken zum Einsatz, die weniger Beton verbrauchen als herkömmliche Stahlbetondecken und zusätzlich über thermische Bauteilaktivierung zum Heizen und Kühlen genutzt werden können. Zur Energiegewinnung wird die Erdwärme genutzt. Im Winter wird dem Erdreich Wärme zum Heizen entzogen, gleichzeitig wird es abgekühlt. Die eingelagerte Kälte kann wiederum im Sommer zur Kühlung genutzt werden. Strom wird mit Photovoltaik erzeugt; Dächer werden intensiv begrünt. Der sommerlichen Überhitzung wird mit lichtlenkenden Horizontallamellen entgegengewirkt. Im gesamten Gebäude befinden sich Lichthöfe und Lichtschächte, über die Tageslicht bis in die Untergeschosse dringen kann.

Der weitere Fahrplan

Die Planungsphase beginnt in den nächsten Monaten. Das Graz Center of Physics wird am Standort der heutigen Vorklinik (Harrachgasse 21, 8010 Graz) errichtet, die für das Bauvorhaben abgebrochen wird. Der Abbruch wird nach dem Auszug des Lehrstuhls für makroskopische und klinische Anatomie der Medizinischen Universität Graz erfolgen, er soll Ende 2023 starten und rund sechs Monate dauern. Der Baubeginn ist für Herbst 2024 vorgesehen. 2030 ist die Übergabe an die beiden Universitäten geplant.

Das bestehende Vorklinik-Gebäude aus dem Jahre 1976 hätte nicht für die komplexen Anforderungen des Graz Center of Physics adaptiert werden können. Die Anrainerinnen und Anrainer werden über die Planungen und Bauarbeiten laufend informiert. Eine erste Informationsveranstaltung ist für nächstes Jahr geplant.

Die BIG investiert 313 Millionen Euro in den Neubau, die über Mieten vom Wissenschaftsministerium refinanziert werden. Dazu kommen 41 Mio. Euro für die Einrichtung und Ausstattung, die zur Hälfte von den beiden Universitäten und zur anderen Hälfte vom Bund bezahlt werden.

Stimmen zum Siegerentwurf für das Graz Center of Physics

„Durch das Zusammenrücken der Physikbereiche von TU Graz und Uni Graz unter ein gemeinsames physisches Dach erreichen der Wissens- und Informationsaustausch und damit die Zusammenarbeit in Lehre und Forschung zwischen den Fachleuten beider Unis ein neues Level. Ich freue mich sehr für alle Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, aber auch für alle Studierenden aus dem Fachbereich Physik, dass dieses gemeinsame Dach zu einem derart gelungenen architektonischen Entwurf gehört. Das Graz Center of Physics wird ein markanter Blickfang und attraktiver Fixpunkt im Grazer Univiertel sein und die Grazer Physik noch stärker und international sichtbarer machen.“ Harald Kainz, Rektor der TU Graz

„In der Lehr- und Forschungskooperation NAWI Graz arbeiten die Uni Graz und die TU Graz auf dem Gebiet der Naturwissenschaften seit beinahe zwei Jahrzehnten erfolgreich zusammen. Dass es jetzt auch gelingt, die Physikinstitute beider Universitäten räumlich in einem Gebäude zu verbinden und somit die Forschung und Lehre an einem Standort zu bu?ndeln, ist ein zusätzliches Plus. Das neue Zentrum wird uns helfen, noch mehr internationale Spitzenforschung nach Graz zu bringen. Ich erwarte mir neben der nachhaltigen und modernen Bauweise vor allem einen optischen Gewinn fu?r den Campus der Uni Graz. Das Graz Center of Physics wird sich nahtlos in die bereits bestehende Gebäude-Infrastruktur eingliedern und das ganze Viertel städtebaulich aufwerten.” Martin Polaschek, Rektor der Uni Graz

„In Graz wird mit dem Center of Physics ein neues, modernes und nachhaltiges Universitätsgebäude entstehen. Besondere Freude bereitet mir dabei die Tatsache, dass dieses Bauprojekt den hervorragenden naturwissenschaftlichen Leistungen der Universität Graz und der TU Graz mehr Sichtbarkeit, auch über die Landesgrenzen, verschaffen wird. Ich freue mich auf die Realisierung dieses ambitionierten Bauprojektes bis zum Jahr 2030.” Heinz Faßmann, Bundesminister für Bildung, Wissenschaft und Forschung

„Mit dem Graz Center of Physics entsteht in der Steiermark ein universitäres Flaggschiff der Naturwissenschaften. Damit können die Universität Graz und die Technische Universität Graz Synergien künftig noch besser nutzen. Als Forschungsland Nummer Eins rückt die Steiermark mit dem hochmodernen Center einmal mehr ins Rampenlicht und unterstreicht die hervorragende Qualität unseres Universitätsstandortes. Ich freue mich außerordentlich, dass mit der Entscheidung des Architekturwettbewerbes die besten Bedingungen für Studierende als auch Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie Forschung und Lehre geschaffen werden.” Hermann Schützenhöfer, Landeshauptmann der Steiermark

„Ich freue mich, dass dieses spannende Projekt jetzt in die Umsetzung geht. Die städtebauliche Herausforderung moderne Architektur in Gründerzeitviertel einzufügen, ist hier gelungen. Durch die geplanten ‚Stadtterrasse' wird sich das Projekt zur Stadt hin öffnen, was mir besonders wichtig ist. Der Universitätsstandort Graz wird eine weitere Aufwertung erfahren.“ Judith Schwentner, Vize-Bürgermeisterin der Stadt Graz

„Das Graz Center of Physics zählt aktuell zu den größten Universitätsbauprojekten in Österreich. Der Entwurf von fasch&fuchs.architekten sieht ein klimafreundliches Gebäude vor, das sich trotz seiner Größe gut in die Umgebung eingegliedert. Architektonisch besonders interessant sind die zwei Freitreppen, die auf eine große Stadtterrasse führen, sowie die sechs Stockwerke hohe Aula mit Verbindungsbrücken. Der Neubau wird nach den besonders hohen Nachhaltigkeitsstandards der BIG realisiert. Mit dem Bau des Graz Center of Physics schafft die BIG die Rahmenbedingungen für naturwissenschaftliche Forschung und Lehre auf Spitzenniveau. Für die Steiermark ist es ein weiterer Baustein, der das Bundesland als Hochtechnologie- und Forschungsstandort attraktiv macht.” Hans-Peter Weiss, CEO der BIG

link zur Presseaussendung der TU Graz

ÖPG Preisverleihung in Innsbruck

Folgende ÖPG Preise wurden im Rahmen der gemeinsamen Jahrestagung der ÖPG und SPS in Innsbruck überreicht:

ÖPG Schüler:innen Preis

für herausragende Vorwissenschaftliche Arbeiten

• Elias Hohl (Bischöfliches Gymnasium Graz)
• Julius Hussl (BG BRG 4 Wien)
• Ida Stettner (Akademisches Gymnasium Graz)

Studierenden-Preis der ÖPG

für herausragende Master oder Diplomarbeiten

• DI Sebastian Stock
• DI Maximilian Schober

Victor Franz Hess Preis

für herausragende Dissertationen im Feld der Nuklear- und Teilchenphysik

• Dr. Thomas Madlener (2020)
• Dr. Frederic Brünner (2021)

Roman Ulrich Sexl Preis

für Beiträge zu motivierenden und effizienten Physikunterricht

• Prof. Mag. Nikolaus Unterrainer (2020)
• Prof. Mag. Dr. Ilse Bartosch (2021)

Fritz Kohlrausch Preis

für Arbeiten eines Nachwuchsphysikers bzw. einer Nachwuchsphysikerin auf dem Gebiet der experimentellen Physik

• Dr. Karin Hain (2020)
• Dr. Aleksandar Matkovic (2020)

Ludwig Boltzmann Preis 2021

für Arbeiten eines Nachwuchsphysikers bzw. einer Nachwuchsphysikerin auf dem Gebiet der theoretischen Physik

• Dr. Farokh Mivehvar

Internationales Gold für unsere jungen Forscher

Das österreichische Nationalteam errang dieses Jahr beim International Young Physicists‘ Tournament (IYPT) Gold. Der Bewerb wird seit 1988 mit Teams aus aller Welt an verschiedenen Orten auf der Welt ausgetragen, dieses Jahr durfte Georgien die jungen Forscher vom 7.7. bis zum 14.7. begrüßen.

Wie ist das Team aufgebaut und was ist für einen Bewerb vorzubereiten?

Das Team besteht aus fünf Schülern zwischen 15 -18 Jahren aus verschiedenen Schulen in Österreich. Dieses Jahr kamen vier Schüler aus Villach: Simon Gfreiner (18), Miro Joensuu (18), Rohan Walia (16) und Haolei Zhang (17) und ein Schüler aus Innsbruck: Jeremias Costa (15). Diese Schüler werden im Vorbewerb, dem AYPT (Austrian Young Physicists‘ Tournament) von den Teamleadern ausgewählt. Die letzten zwei Jahre waren Anatol Beck und Paul Worm Teamleader des österreichischen Teams.

Was hat Österreich geschafft?

Österreich nimmt seit vielen Jahren an dem Bewerb teil und konnte das letzte Mal vor genau 10 Jahren das Finale erreichen. Dieses Jahr nahmen 15 Teams an dem Turnier in Georgien teil. In einem spannenden Finale zwischen Slowakei, Polen und Österreich konnte Polen den Pokal für sich entscheiden. Österreich errang knapp nach der Slovakei den dritten Platz und damit eine Goldmedaille. Es wurde zudem jeweils ein Preis vergeben für die drei Rollen: Reporter, Opponent und Reviewer. Auch hier konnte Miro Joensuu aus unserem Team den Preis für den besten Opponent des Turniers nach Österreich holen!

Wie läuft der Bewerb ab?

Der Bewerb erstreckt sich über eine Woche, in der die Teams ihr experimentelles und theoretisches Wissen und Können unter Beweis stellen. Dabei gibt es drei Rollen, die in insgesamt 5 Runden gegen jeweils zwei andere Teams eingenommen werden müssen. Reporter: In 12 Minuten muss der Schüler seine experimentellen Ergebnisse präsentieren, seine Theorie glaubhaft machen und diese mit dem Experiment schlüssig vergleichen. Opponent: dieser muss die Ergebnisse des Reporters während des Vortrags analysieren und diesen kritisch dazu für 10 Minuten befragen. Dabei soll er Schwachstellen in der Ausarbeitung finden, Stärken betonen und seine eigene Meinung dazu klar positionieren. Reviewer: Dieser muss Reporter und Opponent und besonders die Diskussion der beiden analysieren und die Ergebnisse zusammenfassen.

Wer am IYPT teilnehmen will hat einiges zu tun: Jedes Jahr bringt das Komitee des IYPT eine neue Liste mit 17 Aufgabenstellungen heraus, welche die Schüler auf ihre Art lösen müssen. Jeder Schüler nimmt sich 2-3 dieser Aufgabenstellungen heraus und arbeitet daran ein Jahr lang intensiv. Die Aufgaben sind insofern sehr spannend, als es nicht die klassischen Beispiele aus dem Physikbuch in der Schule sind ‚Peter wirft einen

Stein mit 5 m/s…wie schnell fährt sein Auto?‘ sondern knifflige Fragestellungen, auf die auch studierte Physiker oft keine konkrete Antwort haben oder nur vermuten können. Nur zur Illustration eines solchen Beispiels seien die sechseckigen Stürme auf den Polen des Saturn genannt. Es gibt keine Erklärung in der Wissenschaft bisher dafür, nur Ansätze, trotzdem war die Untersuchung dieses Phänomens eine Aufgabenstellung des letzten Jahres.

Dazu müssen die Schüler sich jeweils einen experimentellen Aufbau überlegen, der dieses Phänomen kontrolliert untersuchen kann. Zudem muss eine Theorie ausgearbeitet und diese mit den Experimenten verglichen werden. Das alles machen die jungen Physiker neben der Schule und ihren sonstigen Aktivitäten. Mit Haolei Zhang haben wir etwa ein Badminton Ass der ersten Bundesliga in Österreich bei uns und mit Miro Joensuu und Rohan Walia zwei Teilnehmer der Internationalen Physik Olympiade 2021 usw., einfach bewundernswert!

Die Zusammenarbeit, Hilfestellungen bei der Theorie oder den Experimenten, Auftreiben von Sponsoring, sowie die Organisation rund um den Bewerb werden von den Teamleadern Großteils getragen. Die Teamleader werden aber häufig von Freiwilligen unterstützt, die oft auch selbst ehemalige Teilnehmer waren.

Erschwerte Bedingungen:

Im Gegensatz zu vielen anderen Teams des Bewerbs konnten sich die Schüler nirgends für die Vorbereitungen zum Bewerb treffen und mussten die Experimente von zuhause aus machen. Das ist allerdings schwierig, da die Experimente vom Aufbau und von der Durchführung her aufwändig sind. Die Leistung der Schüler ist daher besonders groß.

IYPT Homepage

Roman Ulrich Sexl-Preis und ÖPG Schüler:innen Preis 2020

Da die traditionelle Preisverleihung im Rahmen der ÖPG Jahrestagung der Ausbreitung des Corona Virus zum Opfer gefallen war, wurde diese nun in einem Online-Meeting nachgeholt. Folgende Preise wurden dabei vergeben:

Roman Ulrich Sexl-Preis

Mag. Nikolaus Unterrainer, Universität Salzburg

ÖPG Schüler:innen Preise 2020

für herausragende Vorwissenschaftliche Arbeiten:

• Lucas Hörl, BG/BRG Purkersdorf

Quantenmechanische Modelle und ihre Anwendungen beim Wasserstoffatom

• Nikolaus Juch, Modellschule Graz

Entwurf und Konstruktion einer musikspielenden Teslaspule

• Dilan Öztürk, GRG 10 Wien

Theoretische Grundlagen der Dichtefunktionaltheorie

Theoretische Erläuterung der praktischen Anwendung der Theorie anhand von Graphit und Diamant

• Sebastian Schmidt, BGN Salzburg

Über die Erweiterung unseres Verständnisses von  Raum und Zeit durch Spezielle Rlativität

A Mathematical and Graphical Work

• Patrick Styll, BG/BRG Gmünd

Wettervorhersage anhand von Wolkenbildern