Nachrichten - Fakultät NW (Uni Paderborn) http://nw.uni-paderborn.de Aktuelle Informationen der Fakultät NW (Universität Paderborn) de_DE Uni Paderborn Tue, 07 Apr 2020 12:20:21 +0200 Tue, 07 Apr 2020 12:20:21 +0200 Uni Paderborn news-10727 Mon, 06 Apr 2020 12:00:00 +0200 Coronavirus: Aktuelle Informationen https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/coronavirus-aktuelle-informationen/ Vorsichtsmaßnahmen und Hinweise der Hochschulleitung zu Corona finden Sie ... ... hier: Aktuelle Hinweise der Universitätsleitung

 

 

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news-10763 Mon, 06 Apr 2020 10:49:56 +0200 Corona, Sport und das Immunsystem https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/corona-sport-und-das-immunsystem/ Begünstigt körperliche Fitness mildere Krankheitsverläufe? Begünstigt körperliche Fitness mildere Krankheitsverläufe?

Vonseiten der Politik werden umfangreiche Maßnahmen getroffen, um die Erkrankung, die durch das neuartige Coronavirus ausgelöst wird, einzudämmen. Laut Fachleuten bleibt das Risiko einer Infektion für einen Großteil der Bevölkerung dennoch bestehen. Wie Sport das Immunsystem beeinflusst und damit zu einem möglicherweise milderen Verlauf der Krankheit beiträgt, erklärt Prof. Dr. Dr. Claus Reinsberger, Neurologe und Leiter des Sportmedizinischen Instituts der Universität Paderborn. 

„Wenn es zu einer Infektion kommt, ist es vorteilhaft, gesundheitlich und in Bezug auf die eigene Fitness bestmöglich aufgestellt zu sein“, sagt Reinsberger, der sich in seiner Forschung mit klinisch-wissenschaftlicher Leistungs- und Gesundheitsdiagnostik befasst. Der Mediziner ruft zum Handeln auf: „Die körperliche Leistungsfähigkeit und das Immunsystem zu stärken, ist essentiell – in Zeiten von Corona mehr denn je. Auch bislang nicht oder wenig Aktive sollten jetzt trainieren, wenn sie nicht an Krankheitssymptomen leiden. Sport erhält nicht nur die Fitness, sondern hilft dem Körper durch seine Wirkung auf die Abwehrkräfte dabei, mit Infektionen besser fertig zu werden“. Gleichzeitig macht er deutlich: „Das Infektionsrisiko als solches wird nicht verringert. Das Virus betrifft fitte und weniger fitte Menschen gleichermaßen – aber die Verläufe sind vermutlich unterschiedlich.“

Eine zentrale Bedeutung kommt Reinsberger zufolge vor allem der Eigenregulation des Immunsystems zu: „Neue Erreger provozieren Immunreaktionen, die in erster Linie dazu dienen, die Viren zu bekämpfen. Im Normalfall wird durch die Mechanismen der Eigenregulation sichergestellt, dass diese Reaktion nicht überschießt. Tut sie das doch, ist der komplette Organismus überlastet. Studien haben belegt, dass durch eine Steigerung der körperlichen Leistungsfähigkeit auch die Prozesse der Eigenregulation optimiert werden. Das Ergebnis: Der Körper kann besser auf Infektionen reagieren.“ 

Sport trägt dazu bei, die körpereigenen Abwehrkräfte nachhaltig zu stärken. Der Wissenschaftler rät u. a. zu Ausdaueraktivitäten wie Joggen: „Eine moderate Intensität ist besonders zu empfehlen. Dabei wird das Immunsystem vermutlich am besten aktiviert. Von Extrembelastungen rate ich allerdings ab“. Positive Effekte auf das Herz-Kreislauf-System und verschiedene Organe wie insbesondere die Lunge seien ebenfalls durch die medizinische Forschung bestätigt, so Reinsberger, der in diesem Zusammenhang auch auf die positive Wirkung von Sport auf Gehirn und Psyche verweist. Darüber hinaus sei der Zusammenhang zwischen körperlicher Fitness und dem Verlauf schwerer Erkrankungen in der Medizin zunehmend in den Fokus gerückt.

Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation

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news-10709 Fri, 13 Mar 2020 10:23:57 +0100 „Flugreisen sind trotz der Auswirkungen auf den Klimawandel auf einem Höchststand“ https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/flugreisen-sind-trotz-der-auswirkungen-auf-den-klimawandel-auf-einem-hoechststand/ Interview mit Prof. Dr. Kirsten Schlegel-Matthies Interview mit Prof. Dr. Kirsten Schlegel-Matthies zum Weltverbrauchertag

Kassenbon-Pflicht, Nutri-Score, teurere Flugtickets: 2020 bringt für Konsument*innen viele Veränderungen mit sich. Kontroverse Diskussionen gab es bereits im Vorfeld. Zuletzt hat der Skandal um mit Listerien verunreinigte Wurst den Verbraucherschutz als Top-Thema in die Medien und die Politik katapultiert. Zum Weltverbrauchertag am 15. März beantwortet Prof. Dr. Kirsten Schlegel-Matthies, Expertin für Verbraucherforschung und -bildung an der Universität Paderborn, Fragen zu aktuellen Entwicklungen, Risiken und Herausforderungen durch das Internet.

Frau Schlegel-Matthies, welche Themen beschäftigen Verbraucher*innen aktuell besonders?

Schlegel-Matthies: Derzeit verunsichert vor allem das Coronavirus die Verbraucher*innen. Für viele ist unklar, wie sich das Virus z. B. auf geplante Urlaubsreisen auswirkt und welche Rechte Reisende haben. „Sind meine Stornierungen kostenlos möglich? Wann kann ich von der Reise zurücktreten? Bekomme ich mein Geld zurück, wenn mein Flug gestrichen wird?“ Diese und ähnliche Fragen stellen sich Verbraucher*innen aktuell besonders häufig.

Abgesehen davon spielt im Verbraucheralltag das Internet eine große Rolle: Cyberkriminalität, Abzocke mit Dating-Portalen im Netz, fehlende oder mangelhafte Beratung bei Telefon- und Internethotlines sind nur einige Problemfelder. Online warten mitunter viele Kostenfallen und Sicherheitslücken auf die Verbraucher*innen.

Was sind aktuelle Verbraucherthemen in der Politik?

Schlegel-Matthies: In der Politik geht es allgemein um Phänomene, die mit der zunehmenden Digitalisierung zu tun haben wie personalisierte Werbung, künstliche Intelligenz (KI) und automatisierte Entscheidungstechnologien (ADM). Ein konkretes gegenwärtiges Thema ist das sogenannte „Scoring“, bei dem z. B. der Staat das Verhalten von Menschen durch Überwachung bewertet, um es zu honorieren oder zu bestrafen, wie es in China der Fall ist. Hier stellt sich grundlegend die Frage nach dem Schutz der Persönlichkeitsrechte.

Auf EU-Ebene sind neue Strategien für die Verbraucher*innen geplant. So soll die Umsetzung des Europäischen Green Deals beginnen, um bis 2050 klimaneutral zu werden. Auch die Einführung von einheitlichen EU-weiten Ladegeräten für Handys und Tablets wird von der EU-Kommission vorbereitet.

Welche Veränderungen kommen 2020 auf die Verbraucher*innen zu?

Schlegel-Matthies: Seit Jahresbeginn gilt z. B. bundesweit für alle Einkäufe eine Kassenbon-Pflicht. Wichtig für Verbraucher*innen ist aber: Der Bon muss nicht mitgenommen werden. Außerdem hat die Bundesregierung Maßnahmen zum Klimaschutz ergriffen: Verbraucher*innen können in diesem Jahr mit einem Aufschlag bei Flugtickets rechnen, gleichzeitig aber auch mit billigeren Bahntickets, durch Senkung der Mehrwertsteuer. Auch die EEG-Umlage, mit der der Ausbau von erneuerbaren Energien finanziert wird, steigt. Eine weitere Neuerung ist der freiwillige Nutri-Score bei Lebensmitteln. Dieser soll Verbraucher*innen mit einem Ampelsystem auf der Verpackung über die Menge an Nährwerten des jeweiligen Produkts informieren. Darüber hinaus startet der Einbau intelligenter Stromzähler, es wird strengere Grenzwerte für 33 krebserregende Substanzen bei Textilien geben und ab Mai ist der Verkauf mentholhaltiger Zigaretten verboten. All das sind nur einige Änderungen, die in diesem Jahr auf die Verbraucher*innen zukommen.

Tausende Menschen gehen derzeit für den Klimaschutz auf die Straße. In Supermärkten finden sich immer mehr vegane Produkte: Sind wir heute kritischere Konsument*innen?

Schlegel-Matthies: Man könnte das glauben, zumal in Befragungen deutlich wird, dass die Verbraucher*innen um die Probleme wissen. Das alltägliche Handeln passt aber nicht zum Wissen. Flugreisen und SUV-Käufe sind trotz der Auswirkungen auf den Klimawandel auf einem Höchststand. Auch Fleisch wird nicht weniger gegessen. Allerdings sind insgesamt die Gruppen, die tatsächlich etwas bewirken wollen, größer geworden. Sie machen aber eben nicht den Mainstream aus.

Heute macht die Digitalisierung das Konsumieren einfach: online shoppen, Filme streamen, im Internet Kredite aufnehmen – Gibt es dadurch andere oder verstärkte Gefahren?

Schlegel-Matthies: Tatsächlich gibt es für Verbraucher*innen unzählige Beispiele für Risiken und Gefahren, mit denen sie durch das Internet konfrontiert werden. Bei personalisierter Werbung, individualisierten Preisen und Fakestores besteht die Gefahr, im Online-Handel leicht getäuscht und abgezockt zu werden. Probleme können aber auch durch den internationalen Handel entstehen, insbesondere bei unterschiedlichen rechtlichen Regelungen außerhalb der EU.

Ein weiteres großes Thema ist der Datenschutz im Internet, z. B. im „Smart Home“. Hier stellen sich u. a.  Fragen nach dem Speicherort der Daten und nach den Zugriffsrechten. Durch die Vernetzung von Informations- mit Unterhaltungselektronik oder Haushaltsgeräten steigt die Gefahr von Angriffen durch Cyber-Kriminelle.

Auch soziale Netzwerke stehen im Fokus: Hass- und Mobbingaktivitäten sind dort leider keine Seltenheit. Zwar sind die sozialen Netzwerke verpflichtet, auf Beschwerden ihrer Nutzer*innen hin strafbare Inhalte zu sperren oder zu löschen, doch die Anonymität im Netz machen Hetze und strafbare Äußerungen auf diesen Plattformen einfach.

Hat sich demnach auch der Verbraucherschutz in Zeiten der Digitalisierung verändert?

Schlegel-Matthies: Ja. Es sind z. B. zunehmend internationale, grenzüberschreitende Regelungen notwendig, da durch die Digitalisierung heute aus allen Teilen der Welt Konsumgüter bezogen werden. Das hat u. a. Auswirkungen auf Regelungen zur Produkt- und Qualitätssicherheit, aber auch hinsichtlich sicherer Zahlungsmöglichkeiten, z. B. bei Onlineshops. In diesem Zusammenhang gewinnt auch der Datenschutz zunehmend an Bedeutung.

Grundsätzlich sollte ein ordnungspolitischer Rahmen für die Auswirkungen der Digitalisierung geschaffen werden – der auch durch technische Möglichkeiten flankiert werden muss. Denkbar wäre es, rechtliche Regelungen zu beschließen und z. B. eine „Ethik“ in Algorithmen einzubauen, die diese Regelungen dann auch berücksichtigt.

Sollten Verbraucher*innen also verstärkt geschützt werden, beispielsweise durch gesetzliche Regelungen, oder sollten sie eher eigenverantwortlich handeln?

Schlegel-Matthies: Verbraucher*innen können angesichts der wachsenden Komplexität nicht immer und überall eigenverantwortlich handeln. In vielen Bereichen sind ordnungspolitische Maßnahmen zwingend erforderlich. Man denke nur an den Skandal um Pferdefleisch in der Lasagne – so etwas können Verbraucher*innen gar nicht erkennen. Hier ist der Staat mit entsprechenden Lebensmittelkontrollen gefragt. Das gilt in vielen anderen Fällen ebenfalls. Verbraucher*innen können ihre Entscheidungen nicht immer selbstbestimmt und bestinformiert treffen. Jede Person ist in irgendeinem Bereich einmal ein/e „verletzliche/r Verbraucher*in“, d. h., dass er oder sie beispielsweise aufgrund mangelnder Mittel oder Bildung, ein/e schwächere/r und oftmals benachteiligte/r Marktteilnehmer*in ist.

Meinen Sie, dass Verbraucher*innen heutzutage ausreichend informiert sind und ihre Rechte kennen? Oder bedarf es verstärkter Bildung?

Schlegel-Matthies: Es bedarf unbedingt und verstärkt der Verbraucherbildung. An der Universität Paderborn bilden wir am Institut für Ernährung, Konsum und Gesundheit Lehrpersonen für die Verbraucherbildung aus. Leider ist Verbraucherbildung nicht in allen Schulformen verpflichtend angesiedelt. Für eine selbstbestimmte Lebensführung in der digitalisierten Welt ist diese allerdings dringend erforderlich. Nicht nur, um eigenverantwortlich handeln zu können, sondern auch, um zu wissen, an wen man sich bei Problemen wenden kann. Das fängt bei banalen Fragen wie der Reklamation von Konsumgütern an und endet noch lange nicht bei fehlenden Hinweisen auf Widerrufsfristen bei Onlineportalen. Auch das Wissen über nachhaltig erzeugte Produkte sollte gefördert werden, ebenso wie das Verständnis davon, welche Folgen die Lebensweise unserer Gesellschaft für die Umwelt, den Ressourcenverbrauch und die Mitmenschen hat – hier und in anderen Teilen der Welt.

Interview: Jennifer Strube, Stabsstelle Presse und Kommunikation

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news-10699 Fri, 21 Feb 2020 13:50:47 +0100 Erfolgreiche internationale Winterschule zu Elektronenstrukturrechnungen an der Universität Paderborn https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/erfolgreiche-internationale-winterschule-zu-elektronenstrukturrechnungen-an-der-universitaet-paderbor/ Von Montag, 10. Februar, bis Freitag, 14. Februar, veranstalteten das Paderborn Center for Parallel Computing (PC²) und der Lehrstuhl für Dynamik der kondensierten Materie der Universität Paderborn eine internationale Winterschule zu Elektronenstrukturrechnungen.

Elektronenstrukturrechnungen sind Rechnungen, mit denen die Verteilung von Elektronen in Festkörpern und Molekülen vorhergesagt und verstanden werden können. Diese sind notwendig für viele Arten von atomistischen Rechnungen in Chemie und Physik, bei denen die Hauptaufmerksamkeit der Bewegung der Atome gilt und die zum Beispiel zur Entwicklung neuerer oder verbesserter Materialien oder technologischer Prozesse für Batterieanwendungen oder photovoltaische Energiekonversion essentiell sind.

Atomistische Simulationen stellen einen Schwerpunkt der Universität Paderborn und des Paderborn Center for Parallel Computing (PC²) dar. Mit vergangenen Veranstaltungen, wie dem CP2K User Tutorial "Computational Spectroscopy", der jetzt durchgeführten Winterschule und zukünftigen Initiativen und Schulungen, wird die wissenschaftliche Community im Bereich der atomistischen Simulationen durch das PC² und die Universität Paderborn weiter in der Breite unterstützt. Darüber hinaus stehen durch die Fachberater*innen im PC² auch Expert*innen zur Verfügung, die Forscher*innen individuell bei technischen und anwendungswissenschaftlichen Fragestellungen unterstützen.

Ziel dieser einwöchigen Winterschule war es, Doktorand*innen, Postdocs und anderen Forscher*innen aus dem Gebiet der Quantenchemie und Festkörperphysik zusammenzubringen, die die computergestützten atomistischen Rechnungen von Molekülen und Festkörpern für ihre Forschung benötigen und ihr Wissen über die eingesetzten Programme, wie ORCA, CP2K und CP-PAW erweitern wollen. Das Publikum war international: Neben Teilnehmer*innen von vielen deutschen Universitäten und Forschungseinrichtungen waren auch Teilnehmer*innen aus Belgien, Chile, Indien, Italien, Norwegen, Schweden, der Schweiz, Südafrika oder Tschechien vertreten.

Das Grundgerüst der Winterschule bildeten Vorträge von Experten zu Methoden der computergestützten Quantenchemie und theoretischen Festkörperphysik, wie Prof. Dr. Frank Neese, Direktor des Max-Planck-Instituts für Kohleforschung und Hauptverantwortlichen hinter dem verbreiteten Quatenchemieprogramm ORCA, Prof. Dr. Thomas D. Kühne von der Universität Paderborn, der Experte für Ab-initio Molekulardynamik-Simulationen und Mitentwickler am CP2K-Programm ist, sowie Prof. Dr. Peter E. Blöchl von der Technischen Universität Clausthal, dem Hauptentwickler des CP-PAW-Programms und Erfinder der Projektor-Augmented-Wave-Methode, eine der meistzitierten Publikationen in der Physik.

Diese Vorträge wurden wiederum durch spezifische Vorträge zur korrekten und effizienten Benutzung der einzelnen Programme ORCA, CP-PAW und CP2K ergänzt. Um den Teilnehmer*innen die Möglichkeit zu geben, die neuen theoretischen Grundlagen aus den Vorlesungen anzuwenden und zu vertiefen, bestand etwa die Hälfte der Winterschule aus Tutorien, in denen die Teilnehmer*innen vorbereitete Fragestellungen mit den drei vorgestellten Programmen lösen mussten, um praktische Erfahrung zu sammeln. Dabei wurden Sie von den Tutoren unterstützt, die zu den Hauptentwicklern der vorgestellten Simulations-Softwarepaketen gehören.

Die teilweise recht aufwendigen Rechnungen wurden auf dem Hochleistungsrechner Noctua des PC² ausgeführt. Zusätzlich präsentierten die Teilnehmer*innen ihre eigenen wissenschaftlichen Forschungsthemen und Fragestellungen im Rahmen einer Postersession, die zu einem angeregten wissenschaftlichen Austausch führte.

Die unkonventionelle Grundidee der Schule, mit mehreren Programmen zu arbeiten, sodass sowohl Molekülchemie (mit ORCA und CP2K), als auch Festkörperphysik (mit CP2K und CP-PAW) mit verschiedenen Methoden und Ebenen der theoretischen Beschreibung abgedeckt werden, wurde von den Teilnehmer*innen sehr begrüßt. Dies zeigt auch die wachsende Überschneidung und den Austausch zwischen Quantenchemie und theoretischer Festkörperphysik sowie die immer größer werdende Bedeutung von numerischen Rechnungen, die in neuen Veranstaltungsformaten miteinbezogen werden müssen, um die Forscher*innen möglichst gut für Spitzenforschung zu rüsten. Die nun erfolgreich durchgeführte Winterschule repräsentiert einen weiteren Schritt in diese Richtung.

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news-10697 Thu, 20 Feb 2020 15:14:44 +0100 Ultraschnelles Schalten eines optischen Bits https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/ultraschnelles-schalten-eines-optischen-bits-1/ Physiker der Universität Paderborn und der TU Dortmund veröffentlichen Ergebnisse in Nature Communications Wissenschaftler der Universität Paderborn und der TU Dortmund veröffentlichen Ergebnisse in Nature Communications

Computer speichern Informationen in Form eines Binärcodes, einer Reihe aus Einsen und Nullen – sogenannten Bits. In der Praxis werden dafür komplexe Schaltkreise auf dünne Halbleiterchips aufgebracht. Forschern der Universität Paderborn und der Technischen Universität Dortmund ist es jetzt gelungen, ein optisches Bit zu realisieren, das nur mithilfe von Licht auf einen Chip geschrieben und gezielt kontrolliert werden kann. Neben dem fundamentalen Interesse birgt das großes Potential für die optoelektronische Informationsverarbeitung. Die Ergebnisse wurden heute in dem renommierten Fachmagazin „Nature Communications“ veröffentlicht.

Drehrichtung der Wirbel steht für ein Bit

In der aktuellen Arbeit untersucht das Projektteam um die Paderborner Physiker Prof. Dr. Stefan Schumacher und Dr. Xuekai Ma sowie Jun.-Prof. Marc Aßmann und Bernd Berger von der TU Dortmund bestimmte Wirbelzustände, die sich in einer optisch angeregten Quantenflüssigkeit ausbilden. „Diese Wirbel können in zwei verschiedene Richtungen rotieren. Die beiden Drehrichtungen entsprechen den Einstellungen eines Bits, also Eins oder Null“, erklärt Studienleiter Schumacher. Der Wissenschaftler ergänzt: „Die Anregung erfolgt mit einem ringförmigen Laserprofil, in dessen Mitte sich ein Wirbel in der vom Laser angeregten Quantenflüssigkeit ausbildet. Ein zusätzlicher kurzer Laserpuls bewirkt dann das Umschalten der Drehrichtung, sodass das Bit gezielt entweder auf Null oder auf Eins eingestellt und auch nachträglich umgeschaltet werden kann.“ Mit dem gezielten Umschalten können dann auch gespeicherte Informationen besonders schnell geändert werden, so der Physiker weiter.

Umschaltung dauert weniger als ein Milliardstel einer Sekunde

Laut Schumacher werden ähnliche Wirbel derzeit in vielen physikalischen Systemen hinsichtlich möglicher Anwendungen in der Informationsspeicherung und -verarbeitung untersucht. „Oftmals wird dabei aber nur die Existenz oder Erzeugung der Wirbel studiert. Wir demonstrieren hier auch die effiziente Manipulation mithilfe ultrakurzer Laserpulse, sodass wir die Drehrichtung eines Wirbels, und damit die optisch gespeicherte Information, in weniger als einem Milliardstel einer Sekunde gezielt umschalten können,“ erklärt Ma, Erstautor der Arbeit.

„Ein besonderer Erfolg ist auch die praxisnahe experimentelle Umsetzung“, sagt Berger. „Die Drehrichtung des Wirbelzustandes wird im Labor direkt über den räumlichen Drehimpuls des emittierten Lichts gemessen“, so der Physiker weiter, der den dafür notwendigen Aufbau im Rahmen seiner Doktorarbeit konzipiert hat. Das Konzept sei außerdem durch die ausschließlich nicht-resonante und damit inkohärente optische Anregung grundsätzlich auch mit elektrischer statt mit optischer Herangehensweise kompatibel.

Die der Arbeit zugrunde liegende Idee wurde vom Erstautor Ma entwickelt. In enger Zusammenarbeit mit den Dortmunder Kollegen um Aßmann ist es dann gelungen, das theoretische Konzept auch experimentell umzusetzen. „Ich freue mich besonders für Herrn Ma, dass er erneut eine seiner Ideen so erfolgreich hat umsetzen und in einem solch renommierten Fachjournal publizieren können,“ sagt Schumacher. Ma wurde bereits 2017 mit dem „Chinese government award for outstanding PhD students“ für seine exzellente Forschungsleistung während der Promotion in Paderborn ausgezeichnet. Seine Arbeiten wurden zuvor mehrfach im renommierten Fachjournal „Physical Review Letters“ veröffentlicht. Der Wissenschaftler führt seine aufwendigen Computersimulationen zum Projekt auf den Höchstleistungsrechnern des Paderborner Center for Parallel Computing, PC2, durch. Die im Experiment verwendete Halbleiternanostruktur wurde an der Universität Würzburg hergestellt.

Die Untersuchungen wurden im Rahmen eines theoretisch-experimentellen Kollaborationsprojektes der Gruppen von Schumacher und Aßmann im Rahmen des gemeinsamen Sonderforschungsbereiches/Transregios TRR142 „Tailored Nonlinear Photonics” durchgeführt, der seit 2014 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert und von der Universität Paderborn geleitet wird.

Website: https://doi.org/10.1038/s41467-020-14702-5

Prof. Dr. Stefan Schumacher, Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation

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news-10695 Wed, 19 Feb 2020 10:34:20 +0100 Revolution in der Datenübertragung https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/revolution-in-der-datenuebertragung-1/ Physikalische Grundlagenforschung zu einer Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts Seit über 50 Jahren fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) langfristige Projekte in Form von Sonderforschungsbereichen (SFB). In diesen Programmen betreiben Wissenschaftler*innen fächer- und hochschulübergreifend Grundlagenforschung, die für die antragstellenden Hochschulen schwerpunkt- und strukturbildend ist. An der Universität Paderborn werden aktuell vier Sonderforschungsbereiche geleitet. Welche Ziele die Wissenschaftler*innen darin verfolgen, wird in dieser Themenreihe vorgestellt.

Physikalische Grundlagenforschung zu einer Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts

Neue Wege in der Informations- und Kommunikationstechnologie durch die gezielte Manipulation von Licht: Damit beschäftigen sich Wissenschaftler*innen des Sonderforschungsbereichs (SFB-TRR 142) „Maßgeschneiderte nichtlineare Photonik: Von grundlegenden Konzepten zu funktionellen Strukturen“. In dem Verbundprojekt der Universität Paderborn und der Technischen Universität Dortmund geht es insbesondere um künftige Anwendungen von Photonik und Quantentechnologien zugunsten der Sicherheit. Dank ihrer speziellen Eigenschaften gelten Photonen – kleine Lichtteilchen, aus denen elektromagnetische Strahlung besteht – als Hoffnungsträger für eine Revolution in der Datenübertragung.

Neue optische Technologien

Als Teilgebiet der Physik befasst sich die nichtlineare Photonik mit der Wechselwirkung von Licht und Materie. Prof. Dr. Artur Zrenner, Physiker an der Universität Paderborn, ist Sprecher des SFBs und erklärt: „Bei unserem Sonderforschungsbereich geht es um die Steuerung und Manipulation von Licht – von intensivsten Laserstrahlen bis hin zu einzelnen Photonen, den Lichtquanten. Mit dieser Steuerung wollen wir die Grundlagen für neue optische Technologien schaffen, die auf Licht basieren.“ Spezielle Methoden zur Erzeugung und Gestaltung von Photonen könnten zukünftig – verglichen mit aktuellen Binärcodes – neue Konzepte zur Codierung von Informationen liefern.

„Wir betreten Neuland“

Um das zu erreichen, nutzen die Wissenschaftler*innen nichtlineare optische Prozesse. Das sind Vorgänge, bei denen elementare Lichteigenschaften gezielt verändert werden und die für eine spätere Anwendung in der Informationstechnologie unverzichtbar sind. „Solche Effekte treten zum Beispiel auf, wenn durch Frequenzverdopplung aus rotem blaues Licht wird. Auch Lichtblitze, die eine ganz bestimmte Anzahl von Photonen haben, lassen sich so erzeugen“, sagt Zrenner. Erst damit wird es möglich, die Teilchen ihrem späteren Nutzen entsprechend zu modellieren.

Selbst für die erfahrenen Wissenschaftler*innen sind diese maßgeschneiderten Quantenzustände besonders: „Mit der Entwicklung photonischer Technologien, die auf Funktionalitäten basieren, die nur bei der Verwendung einzelner Lichtquanten oder maßgeschneiderter Quantenzustände zugänglich werden, betreten wir Neuland. Ziel ist es, die Forschungsaktivitäten von den Grundlagen der Licht- und Materialphysik bis hin zur Anwendung zu treiben“, so Zrenner.

Aus Licht wird Strom 

Sogenannte optoelektronische Materialien können Licht in Strom umwandeln und umgekehrt. Zrenner erklärt: „In der Regel handelt es sich dabei um Halbleitermaterialien wie Silizium, Galliumarsenid oder Galliumnitrid. Heute werden damit Bauelemente wie Solarzellen, LEDs und Laser hergestellt.“ Für ihre Forschung verwenden die Wissenschaftler photonische Materialien, die elektrooptische und nichtlineare Eigenschaften besitzen und entsprechende Prozesse selbst auf Ebene einzelner Photonen in Gang setzen können. „Voraussetzung dafür sind u. a. das grundlegende Verständnis dieser Materialien auf atomarer Ebene und die Beherrschung modernster Materialtechnologien. Um die gewünschten Funktionalitäten zu erhalten, werden diese Materialien strukturiert, also für eine bestimmte Anwendung aufbereitet“, sagt Zrenner.

Bei dem SFB, der seit 2014 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird, geht es auch um die Herstellung maßgeschneiderter Laser-Pulse. Damit können laut Zrenner die nichtlinearen Prozesse künftig besonders effizient genutzt werden. „Wir wollen neuartige Komponenten für Informationstechnologien herstellen, die bisher nicht realisiert werden konnten.“

Raritäten in Serienproduktion

Die Physiker*innen arbeiten bei ihren Experimenten u. a. mit einzelnen Photonen, was mit großen Herausforderungen verbunden ist: „Zum einen sind gängige Photonenquellen relativ unpräzise, die Erzeugung von Einzelphotonen gelingt nicht immer. Zum anderen ist nicht vorhersagbar, wann genau ein einzelnes Lichtteilchen erzeugt wird und welche Qualität es hat“, gibt Zrenner zu bedenken. Für die Quantenkryptographie, also die Übertragung sicherer Schlüssel mittels Lichtquanten, werden aber genau diese seltenen Exemplare benötigt. Deshalb setzen die Wissenschaftler Quantenpunkt-Dioden als Quellen für Einzelphotonen ein. Das sind künstliche Atome, die in einen Halbleiter eingebettet sind.

Die Wissenschaftler*innen um Zrenner wollen außerdem skalierbare Methoden zur Kontrolle von Quantenbits entwickeln: „Damit wird es dann möglich sein, Quellen für einzelne Photonen mittels ultraschneller Elektronik präzise zu steuern“. Interessant ist deren Erforschung aber auch deshalb, weil Quantenbits, auch Qubits genannt, die Voraussetzung für etwas sind, an dem derzeit die großen Player der Technik- und IT-Branche arbeiten: „Qubits bilden die Grundlage für sogenannte Quantencomputer. Das sind spezielle Rechner, die im Vergleich zu klassischen Computern nicht mit Bits, sondern auf Basis quantenmechanischer Zustände arbeiten und gewisse Aufgaben weitaus schneller als bisherige Superrechner lösen sollen“, fügt Zrenner hinzu.

Garantierte Sicherheit

„Mithilfe der Quantenkryptographie kann ein geheimer Schlüssel zwischen zwei Kommunikationspartnern geteilt werden – und zwar beweisbar sicher. Das geschieht durch die Verwendung einzelner Photonen und ist dem „No-Cloning-Theorem“ unterworfen. Es ist also nicht möglich, den Datenfluss zu kopieren. Auch Abhörversuche können sofort erkannt werden. Nur die Photonen, die in ihrer Ursprungsform beim Empfänger registriert werden, tragen zum gemeinsamen Schlüssel bei“, weiß Zrenner.

„Immenses Zukunftspotential“

Bei dem Vorhaben werden die Expertisen der Universität Paderborn in den Bereichen der photonischen Materialien und der Quantenoptik sowie der TU Dortmund im Bereich der nichtlinearen Spektroskopie kombiniert. Allein die Verlängerung des SFBs um weitere vier Jahre bis 2022 geht mit einer Fördersumme von rund 11,5 Millionen Euro einher.

„Wir wollen einen nachhaltigen Beitrag zu der Entwicklung einer der wichtigsten Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts leisten. Wir sind fest davon überzeugt, dass im Forschungsfeld der optischen Technologien mit seinen vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten ein immenses Zukunftspotenzial verborgen ist“, sagt Zrenner.

Projektwebseite: trr142.uni-paderborn.de

Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation

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news-10670 Tue, 28 Jan 2020 11:27:35 +0100 Paderborner Wissenschaftler in internationaler Netzwerkinitiative zur Erforschung von Spin-Eigenschaften https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/paderborner-wissenschaftler-in-internationaler-netzwerkinitiative-zur-erforschung-von-spin-eigenscha/ Kollaborationen sind neben Lehre und Forschung wichtige Formen von Wissensproduktion. Die Alexander von Humboldt-Stiftung greift diesen Gedanken auf und unterstützt innovative Netzwerkinitiativen zwischen etablierten und jungen Forscher*innen. Kürzlich hat sie eine Gruppe aus internationalen Forscher*innen für die Netzwerkinitiative „Emerging Spin Phenomena“ ausgezeichnet, zu der auch Paderborner Wissenschaftler*innen gehören. Die Forscher*innen beschäftigen sich hier mit sogenannten Spins. Ein Spin ist eine Quanteneigenschaft, die in vielen Atomen und deren Bestandteilen vorhanden ist. Wenn ein Teilchen einen Spin hat, ist damit auch ein winziges Magnetfeld verbunden. Das öffnet die Tür für viele neuartige Phänomene und deren technologische Anwendungen, zu denen u. a. die Magnetresonanztomographie, Quantencomputer und Datenspeicher zählen.

Das Netzwerk, dessen Laufzeit drei Jahre beträgt, bündelt Fachkenntnisse von Forscher*innen aus der Spinwissenschaft, um Durchbrüche in verschiedenen neuartigen Anwendungen von Spineigenschaften in Physik, Chemie und Technik erzielen zu können. Darüber hinaus soll hiermit eine Plattform für wissenschaftliche Interaktionen, Konferenzen und Forschungsschulen geschaffen werden, um so eine nachhaltige Zusammenarbeit aufzubauen. Initiiert wurde diese Kooperation von Dr. Svetlana Pylaeva, Wissenschaftlerin in der von Dr. Hossam Elgabarty geleiteten Nachwuchsgruppe „Computational Condensed Phase Spectroscopy“ an der Universität Paderborn. Neben der Stärkung der Verbindung zum Lehrstuhl für Theoretische Chemie von Prof. Dr. Thomas D. Kühne, der zurzeit einen Postdoktoranden der Stiftung beherbergt, sollen innerhalb dieser Kooperation neue Spin-Phänomene theoretisch untersucht werden. Dabei kommt dem kürzlich erworbenen NMR-Spektrometer (Nuclear magnetic resonance) des Fachbereichs Chemie eine zentrale Rolle zu, mit dem experimentelle Messungen vorgenommen werden sollen. Kühne, Pylaeva und Elgabarty werden Anfang 2021 eine der Forschungsschulen zur Computersimulation von Spin-Hyperpolarisation an der Universität Paderborn organisieren.

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news-10652 Mon, 06 Jan 2020 12:55:04 +0100 Zuckerrückgang aus Süßwaren am geringsten https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/zuckerrueckgang-aus-suesswaren-am-geringsten/ Studie der Universitäten Bonn und Paderborn: Konsum ist rückläufig, liegt aber weiter über den Empfehlungen

Forscherinnen der Universitäten Bonn und Paderborn zeigen, dass die Zuckerzufuhr von Kindern und Jugendlichen in Deutschland zwar rückläufig ist, aber vor allem der Beitrag aus Süßwaren noch deutlich zu hoch ist. Süßigkeiten stellen die größte Zuckerquelle für Kinder und Jugendliche dar, werden bislang aber von der Nationalen Strategie für die Reduktion in Fertigprodukten nicht erfasst. Die Wissenschaftlerinnen regen an, dies zu überdenken. Die Ergebnisse sind nun im Journal „Nutrients“ erschienen.

Heranwachsende sind besonders anfällig für eine hohe Zuckerzufuhr, da sie eine genetisch bedingte große Vorliebe für Süßes besitzen. Vor einigen Monaten haben die Wissenschaftlerinnen von den Universitäten Bonn und Paderborn bereits gezeigt, dass die Zuckerzufuhr bei Kindern und Jugendlichen in Deutschland seit 2005 zwar rückläufig ist, jedoch mit 16 Prozent der Energiezufuhr weiterhin deutlich über den Empfehlungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) von maximal zehn Prozent lag. Nun untersuchten die Forscherinnen, wie sich die Zufuhr aus verschiedenen Zuckerquellen verändert hat.

Das Forscherinnenteam der DONALD-Studie (DOrtmund Nutritional and Anthropometric Longitudinally Designed Study) wertete insgesamt 10.761 Drei-Tage-Wiegeprotokolle aus, die zwischen 1985 und 2016 von 1312 Kindern und Jugendlichen im Alter von drei bis 18 Jahren erfasst worden waren. Dabei wurde drei Tage lang gewogen, welche Nahrungsmittel von der jeweiligen Person verzehrt worden waren. Die Wissenschaftlerinnen fokussierten sich diesmal auf die Aufnahme von freien Zuckern als prozentualer Anteil der Tagesenergieaufnahme aus sieben Lebensmittelgruppen: Zucker und Süßigkeiten, Säfte, Milchprodukte, zuckergesüßte Getränke, süße Brote und Kuchen, Frühstückszerealien und anderen Quellen.

Wichtig ist die Unterscheidung zwischen „freiem Zucker“ und „Gesamtzucker“. Mit freier Zucker ist der Zucker in der Nahrung gemeint, der vom Hersteller oder bei der Zubereitung im Haushalt zugefügt wird,  plus der Zucker aus Säften. Der Gesamtzucker berücksichtigt dagegen den kompletten Zuckergehalt eines Lebensmittels einschließlich der natürlich enthaltenen Zucker.

Süßwaren hatten den weitaus größten Anteil

„Süßwaren und Zucker hatten den weitaus größten Anteil an der Zufuhr von freien Zuckern, gefolgt von Säften“, sagt Dr. Ute Alexy von der Universität Bonn, die dieses Projekt leitet. Während in den Jahren 1985 bis 2005 die zuckergesüßten Getränke mit 15 Prozent an dritter Stelle standen, stellten Milchprodukte in den Jahren 2006 bis 2016 mit zwölf Prozent die drittgrößte Quelle an der Zufuhr von freien Zuckern dar. Dr. Alexy: „Die Aufnahme von freien Zuckern aus süßen Broten und Kuchen sowie Frühstückszerealien war dagegen in sämtlichen Altersgruppen zu allen Zeitpunkten insgesamt gering.“

Analysen der Zeittrends zeigen, dass die Zufuhr von freiem Zucker aus Süßwaren und Zuckern als Hauptquelle bei Mädchen rückläufig war, allerdings in weit geringerem Maße als die Zufuhr aus anderen Quellen. So sank die Zufuhr an zuckergesüßten Getränken bei Jungen und Mädchen während der Konsum an freien Zuckern aus Säften zunächst bis 2000 anstieg, aber seit 2005 ebenfalls deutlich sinkt. Die Zufuhr an freien Zuckern aus Milchprodukten nahm bis 2010 leicht zu, ist seither jedoch wieder rückläufig.

„Auch wenn der Rückgang der Zufuhr an freien Zuckern, insbesondere aus zuckergesüßten Getränken und Säften bereits eine erfreuliche Entwicklung ist, liegt die Zufuhr noch weit über den Empfehlungen“, sagt Dr. Alexy. Daher sollten Maßnahmen umgesetzt werden, die diesen Trend unterstützen. Prof. Anette Buyken von der Universität Paderborn, die bis 2017 bei DONALD-Studie arbeitete und gemeinsam mit Dr. Alexy das Projekt initiierte, ergänzt: „Da der Rückgang der Zufuhr aus Süßwaren und Zucker am geringsten ausgeprägt war, dies aber die größte Quelle für freien Zucker bei Kindern und Jugendlichen darstellt, sollte überlegt werden, diese in zukünftige Public Health Maßnahmen einzubeziehen.“ Bislang werden diese Quellen von der Nationale Strategie für die Reduktion von Zucker, Fetten und Salz in Fertigprodukten ausgenommen, da es sich um Genussmittel handele, die idealerweise nur selten verzehrt werden. „Dies sollte überdacht und Süßwaren in die Nationale Strategie einbezogen werden“, sagt Prof. Buyken.

Die DONALD-Studie

Bei der DONALD-Studie handelt es sich um eine Langzeituntersuchung zur Auswirkung der Ernährung auf den Menschen, die vom Land Nordrhein-Westfalen finanziert wird. Derzeit nehmen rund 700 gesunde Kinder und Jugendliche teil. Bei den Probanden werden seit 1985 vom Säuglings- bis ins Erwachsenenalter in regelmäßigen Abständen detaillierte Daten zu Ernährung, Wachstum, Entwicklung, Stoffwechsel und Gesundheitsstatus erhoben. Seit Januar 2012 gehört die in Dortmund durchgeführte Langzeitstudie als Außenstelle zum Institut für Ernährungs- und Lebensmittelwissenschaften (IEL) der Universität Bonn. Dieses Forschungsprojekt wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) finanziert.

Publikation: Ines Perrar, Alena M. Schadow, Sarah Schmitting, Anette E. Buyken and Ute Alexy: Time and age trends in free sugar intake from food groups among children and adolescents between 1985 and 2016, „Nutrients“, DOI: 10.3390/nu12010020

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news-10646 Thu, 19 Dec 2019 14:19:58 +0100 Durch Sensoren in Alltagskleidung Bewegungen von Patienten überwachen https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/durch-sensoren-in-alltagskleidung-bewegungen-von-patienten-ueberwachen/ Operationen, Unfälle, Krankheiten: Die Gründe für Hüft- oder Knieleiden sind vielfältig. Falsche Bewegungsmuster sind häufig nicht nur Ursache, sondern auch Ergebnis orthopädischer Missstände. Zwar gibt es spezialisierte Zentren, in denen Ganganalysen zur Problemidentifikation durchgeführt werden, eine anschließende dauerhafte Beobachtung der Patient*innen war bislang aber nicht möglich. Um das zu ändern, entwickelt ein Forscherteam, zu dem auch der Sportpsychologe Prof. Dr. Matthias Weigelt von der Universität Paderborn gehört, Sensoren, die in die Kleidung der Patient*innen integriert werden und so eine Fernbetreuung erlauben. Das Vorhaben wird bis 2022 mit rund 2,1 Millionen Euro aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Telemedizin mit direktem Feedback

Das mobile System, das die Alltagsbewegungen kontinuierlich misst, ermöglicht nicht nur die konstante Beobachtung durch den Arzt, sondern gibt den Patient*innen gleichzeitig direktes Feedback: „Gerade nach Operationen ist es wichtig, Heilungsprozesse genauestens zu beobachten und vor allem auch gezielt zu steuern. Dazu gehört u. a. die Ganganalyse. Falsche Bewegungsabläufe oder mit der Zeit angeeignete Schonhaltungen können auf Dauer zu schwerwiegenden Folgeschäden führen. Deshalb entwickeln wir beim Projekt „RehaToGo“ auf Basis von RFID-Technik ein Fernkontrollsystem, das die Bewegungen der Arme und Beine beim Laufen erfasst. Das Besondere: Rückmeldung von Behandlern gibt es online auf das Smartphone über eine App. Die Therapie kann so nach dem Klinikaufenthalt im Alltag der Patientinnen und Patienten fortgesetzt werden“, erklärt Prof. Weigelt.

RFID-Technik steht für „Radio Frequency Identification“ und bezeichnet eine Technologie für Sender-Empfänger-Systeme, die Objekte mithilfe von Radiowellen lokalisieren. Bei RehaToGo werden Etiketten mit integrierten RFID-Sensoren in die Kleidung eingenäht. Miniatur-Lesegeräte können dann die Bewegungsmuster ihrer Träger erfassen und verarbeiten.

Signale machen auf falsche Bewegungen aufmerksam

Die Herausforderung zur Erweiterung der orthopädischen Rehabilitation besteht u. a. darin, ein auditives Online-Bewegungsfeedback mittels Sonifikation, also der akustischen Darstellung von Daten, zum individuellen Bewegungslernen in das mobile Messsystem zu integrieren. Auf eine Testphase im stationären Betrieb an der Klinik Lindenplatz im nordrhein-westfälischen Bad Sassendorf folgt der ambulante Bereich. Dazu Weigelt: „Verschiedene Signale sollen die Nutzer auf Fehlhaltungen aufmerksam machen. Wir gehen davon aus, dass entsprechende Lernprozesse schnell einsetzen und so zu langfristigen Verbesserungen führen. Unter standardisierten Laborbedingungen werden Mess- und Feedbacksystem aufeinander abgestimmt.“

Zum Konsortium gehören neben der Universität Paderborn und der Klinik Lindenplatz in Bad Sassendorf die Ruhr-Universität Bochum, das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik, die Firma Unyt, die Universität Duisburg-Essen, die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, das Universitätsklinikum Essen und die Firma Luttermann. Die Federführung liegt bei der Firma „ID4us“.

Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation

 

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news-10606 Thu, 12 Dec 2019 08:00:00 +0100 Weihnachtsvorlesung 2019 der Chemie am 12. Dezember 2019 um 18.15 Uhr im Audimax https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/weihnachtsvorlesung-2019-der-chemie-am-12-dezember-2019-um-1815-uhr-im-audimax/ Al(l)chemie - "Wie man jemanden auf den Mond schießt - Chemische Experimente zur Mondlandung vor 50 Jahren" „Ich könnte sie alle auf den Mond schießen“. Um dieses Sprichwort wahr werden zu lassen, braucht es Chemie. Genauso war es auch vor 50 Jahren bei der ersten Mondlandung. Ohne chemische Treibstoffe wäre kein Flug zum Mond möglich gewesen. Was gibt es für Raketen, und was ist notwendig, damit sie die Erde verlassen? Auf dem Erdtrabanten angekommen, erwartet den Mondfahrer nichts als Vakuum. Was ändert sich in dieser speziellen Atmosphäre im Vergleich zur Erde? Ist ein Überleben dort möglich ohne die Lehre von der Leere?

Diese und weitere Fragen wird Dr. Andreas Hoischen mit spannenden Experimenten in der diesjährigen Weihnachtsvorlesung des Departments Chemie beantworten.

Die Chemiker freuen sich auf ihren Besuch und hoffen, dass sie nach der Veranstaltung all-wissend nach Hause gehen und an den Mann im Mond denken, wenn sie wieder einmal jemanden dorthin schießen möchten.

Zu dieser kostenlosen Veranstaltung lädt das Department Chemie am Donnerstag, 12.12.2019, ab 18:15 Uhr in das Audimax der Universität Paderborn ein.

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news-10628 Wed, 11 Dec 2019 12:23:18 +0100 Nobelpreis-Verleihung: Dr. Gerhard Berth über die Physiknobelpreisträger 2019 https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/nobelpreis-verleihung-dr-gerhard-berth-ueber-die-physiknobelpreistraeger-2019/ Heute werden in der schwedischen Hauptstadt Stockholm die Nobelpreise 2019 verliehen – darunter der Nobelpreis für Physik. Über die Auszeichnung freuen sich in diesem Jahr Prof. Dr. Michel Mayor, Prof. Dr. Didier Queloz und Prof. Dr. James Peebles. Die Schweizer Mayor und Queloz wurden für die Entdeckung eines Exoplaneten um einen sonnenähnlichen Stern geehrt, der Kanadier Peebles für seine theoretischen Entdeckungen in der physikalischen Kosmologie. Dr. Gerhard Berth, Wissenschaftler und Dozent für Astronomie im Department Physik der Universität Paderborn, ordnet ihre Forschung im Interview ein.

Herr Berth, was ist ein Exoplanet und wie viele dieser Planeten wurden bislang entdeckt?

Gerhard Berth: Im Allgemeinen versteht man unter einem Planeten ein Objekt, das durch seine eigene Masse eine rundliche Gestalt annimmt und sich auf einer freien Umlaufbahn um einen Stern befindet. In unserem Sonnensystem ist dieses Zentralgestirn die Sonne, die von acht Planeten umkreist wird. Außerhalb unseres Sonnensystems werden Planeten, die ihren Stern umkreisen, „Exoplaneten“ genannt und daher auch als „extrasolare Planeten“ bezeichnet. Bei diesen planetaren Himmelskörpern kann es sich sowohl um Gesteins- als auch um Gasplaneten handeln. Seit der ersten Entdeckung eines Exoplaneten im Jahr 1995 durch die Schweizer Physiker Michel Mayor und Didier Queloz sind mittlerweile mehrere tausend solcher extrasolaren Planeten in unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, bekannt geworden – größtenteils sind das Gasplaneten. Insgesamt wurden circa 2.000 große terrestrische Exoplaneten, die sogenannten „Supererden“, entdeckt und etwa 150 terrestrische Exoplaneten, die kleiner als die Erde sind. Bedenkt man, dass alleine unsere Galaxie aus circa 200 Milliarden Sternen besteht und das beobachtbare Universum mehrere Milliarden ähnlich großer Galaxien umfasst, ergibt sich eine enorme Anzahl möglicher Planetensysteme. Beim Nachweis von Exoplaneten außerhalb unserer Heimatgalaxie stoßen wir aktuell an die Grenzen unserer technischen Möglichkeiten – wobei eine Kombination aus der Nachweismethode mithilfe des sogenannten „relativistischen Mikrolinseneffekts“ und bewährten Nachweismethoden vielversprechend scheint.

Wie gelang es Mayor und Queloz, erstmals einen Exoplaneten nachzuweisen?

Berth: Der Nachweis von extrasolaren Planeten stellt große Herausforderungen an das jeweilige Messverfahren, da Exoplaneten in Bezug auf die Beobachtungsentfernung relativ nah ihren alles überstrahlenden Stern umlaufen. Auf Basis fortschreitender Technik gelang es Mayor und Queloz erstmals einen Exoplaneten um einen sonnenähnlichen Stern nachzuweisen, indem sie die sogenannte „Radialgeschwindigkeitsmethode“ verwendeten. Bei dieser indirekten Nachweismethode wird die gegenseitige gravitative Beeinflussung, also die Bewegung des Sterns und des Exoplaneten um einen gemeinsamen Schwerpunkt, betrachtet. So lässt sich in der periodischen örtlichen Schwankung des Sterns unter Ausnutzen des sogenannten „Dopplereffekts“ das erfasste Sternenlicht analysieren. Es ergeben sich dann Veränderungen der Wellenlänge des Sternenlichts in Bezug auf das Beobachtungssystem, die durch einen hochauflösenden Spektrographen, ein optisches Instrument, erfasst werden. Daraus lässt sich wiederum direkt die Radialgeschwindigkeit der sich verändernden Sternenposition ermitteln. Mit dieser Methode entdeckten Mayor und Queloz 1995 im Sternbild „Pegasus“ den etwa 40 Lichtjahre entfernten Exoplaneten „51 Pegasi b“, einen Gasplaneten, der den sonnenähnlichen Stern „51 Pegasi“ umläuft.

Beim Nachweis extrasolarer Planeten spielt neben der erwähnten Radialgeschwindigkeitsmethode auch die sogenannte „Transitmethode“ eine wesentliche Rolle. Beim Transit verdeckt in der Beobachtungsebene der vorüberziehende Exoplanet einen kleinen Teil des Sterns, den er umkreist – was sich im Herabsetzen der erfassbaren Helligkeit äußert und sich durch das immer wiederkehrende Umlaufen des Sterns durch den Exoplaneten als periodische Schwankung im Sternenlicht äußert. In wenigen Fällen kann ein Exoplanet außerdem durch direkte Beobachtung (Imaging) oder durch das astrometrische Verfahren (Schwankungen senkrecht zur Beobachtungsebene) nachgewiesen werden. Die meisten Exoplaneten konnten bislang mithilfe der Transitmethode und der Radialgeschwindigkeitsmethode nachgewiesen werden. 

Warum ist die Entdeckung der Wissenschaftler für die Physik und die Gesellschaft von Bedeutung?

Berth: Grundsätzlich befassen sich alle drei Preisträger mit existenziellen Fragen der Menschheit: Wo liegt unser Ursprung und wo ist unser Platz im Universum? Wir sind dem Wechselspiel zwischen Wissenschaft, Philosophie und Religion ausgesetzt. Das allgemeine Interesse an der modernen Astronomie und Kosmologie sowie deren gesellschaftliche Akzeptanz bilden die Basis für eine enorme wissenschaftliche Entwicklung: Die Entdeckung des ersten extrasolaren Planeten durch Mayor und Queloz verdeutlichte, dass weitere Sonnensysteme existieren könnten, die möglicherweise Planeten ähnlich unserer Erde beherbergen. Damit geht etwa die Frage einher, ob wir alleine im Universum sind. Seit der Entdeckung des ersten extrasolaren Planeten wurde die Suche nach weiteren Exoplaneten forciert, einhergehend mit immer genaueren Analyseverfahren und leistungsfähigerer digitaler Auswertetechnik.

Die theoretischen Arbeiten zur Kosmologie von James Peebles wiederum bilden die Grundlage für ein tieferes Verständnis der Strukturentwicklung im Kosmos und zeigen sehr zielgerichtet neue wissenschaftliche Ansätze auf. Peebles legte somit den Grundstein für nahezu alle modernen theoretischen und beobachtbaren Untersuchungen der Kosmologie und verwandelte diese in eine eigenständige Wissenschaftsdisziplin. Gerade diese ursprüngliche Faszination astronomisch-kosmologischer Aspekte, die vom zunächst „Unbegreiflichen“ ausgeht, vermischt sich mit fortschreitenden Erkenntnissen auf den Gebieten der modernen Astronomie und Kosmologie.

Was sind die zentralen Aussagen der kosmologischen Theorie von James Peebles und wie brachten sie die physikalische Forschung voran?

Berth: Die umfassende theoretische Arbeit des US-amerikanisch-kanadischen Wissenschaftlers James Peebles beschäftigt sich mit zentralen Aspekten der Strukturgestaltung im Kosmos. Ausgehend vom Urknall wird die Entwicklung als Ganzes hin zum modernen Universum beschrieben. Peebles kosmologische Theorie setzt am Beobachtungshintergrund an und untermauert viele aktuell gültige Theorien, wirft aber darüber hinausgehend neue Fragen auf, wie beispielsweise die nach der Existenz dunkler Materie und dunkler Energie.

Aufgrund seiner vielschichtigen Beiträge zur modernen Kosmologie kann die Vergabe des Nobelpreises als Anerkennung des wissenschaftlichen Lebenswerks von James Peebles verstanden werden. So arbeitete er beispielsweise an der theoretischen Beschreibung der sogenannten „primordialen Nukleosynthese“. Diese setzte etwa eine Sekunde nach dem Urknall mit der Bildung von Atomkernen durch Kernfusion ein. Ein weiteres Ausdehnen des Universums führte dann zum Abkühlen des Urplasmas auf circa 3.000 Kelvin und ermöglichte so das Einfangen von Elektronen, was das Universum transparent für Licht machte. Mithilfe von Peebles Beschreibung lassen sich Aussagen über die leichtesten chemischen Elemente und Stoffe in der Frühphase des Alls treffen.

Daneben postulierte Peebles bereits in den 1960er Jahren die sogenannte „isotrope kosmische Hintergrundstrahlung“, interpretiert als Reststrahlung des heißen Urplasmas, deren Wellenlänge durch die Entwicklung der Raumzeit in den Mikrowellenbereich gedehnt wurde. Verknüpft mit seinen Beiträgen zur Bildung der Struktur des frühen Universums und der großen Strukturen im All, wirft Peebles auch die Fragestellung nach dunkler Energie beziehungsweise dunkler Materie auf. Dieser wird heute zugeschrieben, dass sie der Expansion des Universums entgegenwirkt und somit Galaxien und größere Strukturen zusammenhält.

Interview: Simon Ratmann, Stabsstelle Presse und Kommunikation

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news-10622 Thu, 05 Dec 2019 13:07:35 +0100 Theoretische Physik: Universität Paderborn und die chinesische Shantou University bauen Kooperation aus https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/theoretische-physik-universitaet-paderborn-und-die-chinesische-shantou-university-bauen-kooperation-1/ Die Universität Paderborn und die Shantou University aus China intensivieren ihre bisherige erfolgreiche Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Theoretischen Physik. Prof. Dr. Torsten Meier, Vizepräsident für Internationale Beziehungen und Leiter der Arbeitsgruppe „Computational Optoelectronic and Photonics“ an der Universität Paderborn, hat gemeinsam mit Prof. Dr. Xiaohong Song aus Shantou Fördermittel für den Austausch von Studierenden und längere Aufenthalte von Gastwissenschaftler*innen eingeworben. Die Förderung wurde im Rahmen des Mobilitäts- und Workshop-Programms des Sino-German Center for Research Promotion (SGC) bewilligt, einem Joint Venture der National Natural Science Foundation of China (NSFC) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Meier und Song kooperieren bereits seit einigen Jahren und arbeiteten gemeinsam an wissenschaftlichen Publikationen. Auftakt zu dieser Zusammenarbeit war ein einjähriger Aufenthalt von Song als Post-Doktorandin in Paderborn. Die beiden theoretischen Physiker verfügen über Expertise in numerischen Simulationen und haben das gemeinsame Interesse, das grundlegende Verständnis extremer nichtlinearer optischer Phänomene in Halbleitern zu verbessern. So kann aufgrund aktueller technologischer Fortschritte diese Steuerung heute experimentell mit starker Terahertz-Strahlung realisiert werden, die so intensiv ist, dass sie Festkörpermaterialien leicht verdampfen kann. Mit einer etwaigen Strahlung ließen sich beispielsweise ultrakurze Lichtimpulse im Attosekundenbereich realisieren, die ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde betragen. Auf solchen Zeitskalen könnten ebenso Elektronen gesteuert werden, die viel schneller sind, als die derzeit verfügbare Elektronik.

„Ich freue mich, dass unser gemeinsamer Vorschlag im Wettbewerb erfolgreich war und vom SGC genehmigt wurde. Diese Unterstützung wird die Mobilität zwischen unseren Gruppen fördern und es uns ermöglichen, verschiedene interessante Forschungsfragen gemeinsam zu beantworten“, erklärt Song. Meier zu der Kooperation: „Ich freue mich sehr darauf, unsere teilweise komplementäre Expertise zu kombinieren, um neue Lösungen für ehrgeizige Herausforderungen im Bereich der ultraschnellen Optik zu finden.“

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news-10620 Thu, 05 Dec 2019 11:54:15 +0100 Fakultät für Naturwissenschaften feiert Absolvent*innen https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/fakultaet-fuer-naturwissenschaften-feiert-absolventinnen-1/ Die diesjährige Festveranstaltung der Fakultät für Naturwissenschaften fand am 23. November im Audimax statt. Gut die Hälfte der 170 Absolvent*innen, die im Prüfungsjahr 2019 erfolgreich ihren Bachelor- oder Masterabschluss erlangten oder promoviert wurden, feierten hier im Beisein ihrer Angehörigen und Freunde.

Der Vizepräsident für Lehre, Studium und Qualitätsmanagement, Prof. Dr.-Ing. Volker Schöppner, gratulierte im Namen der Hochschulleitung allen Absolvent*innen zum Erreichen ihres Abschlusses.

Der Dekan, Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt, begrüßte die ca. 430 Gäste und gab einen kurzen Überblick über die aktuelle Entwicklung der Fakultät. Neben der Berufung von Prof. Miriam Kehne auf die Professur für Kindheits- und Jugendforschung im Sport würdigte er die zahlreichen Preise und Auszeichnungen für die Mitglieder der Fakultät. Er berichtete, dass die Studierendenzahlen nach wie vor auf einem hohen Stand sind und sich die aktuellen Angebote, insbesondere auch die neu geschaffenen Studienprogramme, sehr guter Nachfrage erfreuen. Besonders erfreulich sei zudem, dass der Drittmittelumsatz im Jahr 2019 auf jetzt über 10 Millionen Euro gesteigert werden konnte. Der Dekan erinnerte an die vielen gut gelungenen Veranstaltungen des vergangenen Jahres, wie z. B. das 13. Sportmedizinische Symposium in der BentelerArena (Prof. Dr. Dr. Claus Reinsberger, Prof. Dr. Jochen Baumeister) oder den European Workshop on Quantum Optics 2019 (Prof. Dr. Christine Silberhorn, Jun.Prof. Dr. Polina Sharapova) sowie an die beeindruckende Verstärkung der Forschungsinfrastruktur der Fakultät durch neue Großgeräte, wie z. B. das Einkristalldiffraktometer in der Chemie. 

Im Ausblick verwies er auf die zahlreichen neu eingeworbenen Projekte der Fakultät. Dazu gehören u. a. das BMBF-Verbundprojekt „FokusPP64“ oder ein Kooperationsvorhaben mit dem Bundesinstitut für Risikobewertung zur Untersuchung neuer Methoden zur Expositionsabschätzung von Pflanzenschutzmittelrückständen, anderen Schadstoffen und Zusatzstoffen aus der Nahrung.

In bewährter Weise gestalteten die Absolvent*innen der Bereiche Chemie, Physik und Sport einen gemeinsamen Festbeitrag unter dem Motto „Sport Chemie Physik – gemeinsam ans Ziel“ mit anschaulichen Berichten aus ihrem Studienalltag. Der Festbeitrag wurde durch am Thema ausgerichtete Experimente aus der Chemie und der Physik abgerundet.

Anschließend erfolgte die Urkundenübergabe durch Hochschullehrer der Departments Chemie, Physik und Sport & Gesundheit. Musikalisch umrahmt wurde die Fakultätsfeier von Mitgliedern der Kölner Oper, der gebürtigen Paderborner Sopranistin Kathrin Zukowski, die am Klavier von Luca Marcossi begleitet wurde. Mit ihrer herausragenden lyrischen Sopranstimme entführte sie das Publikum in die Welt der Opern, Operetten und Musicals. Das begeisterte Publikum bedankte sich mit lang anhaltendem Applaus. Nach dem offiziellen Festakt waren alle Absolvent*innen mit ihren Familien und Freunden zum Empfang im Foyer des Audimax eingeladen, wo der Abend stimmungsvoll ausklang. Das Angebot des zentralen Alumni Vereins Paderborn e. V. zu Fotoaufnahmen mit Talaren wurde von vielen Absolvent*innen dankbar wahrgenommen.   

Weitere Bilder gibt es auf der Website der Fakultät für Naturwissenschaften: https://nw.uni-paderborn.de/ffnw/fakultaetsfeier-nw-2019-fotos/

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news-10610 Tue, 03 Dec 2019 08:33:49 +0100 DFG-Fachkollegienwahl: Prof. Dr. Thomas Kühne und Prof. Dr. Matthias Bauer in Fachkollegien für Physikalische und Theoretische Chemie gewählt https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/dfg-fachkollegienwahl-prof-dr-thomas-kuehne-und-prof-dr-matthias-bauer-in-fachkollegien-fuer-phys/ Am 22. November verkündete die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) die vorläufigen Ergebnisse der DFG-Fachkollegienwahl. Zuvor konnten rund 150.000 wahlberechtigte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler online über die Besetzung von 632 Plätzen in insgesamt 49 Fachkollegien für die Amtsperiode von 2020 bis 2023 entscheiden. Prof. Dr. Thomas Kühne und Prof. Dr. Matthias Bauer, jeweils Lehrstuhlinhaber für Theoretische und Anorganische Chemie an der Universität Paderborn, wurden in die DFG-Fachkollegien für Physikalische und Theoretische Chemie gewählt.

Die DFG ist die Selbstverwaltungsorganisation der Wissenschaft in Deutschland. Ihre Kernaufgabe besteht in der wettbewerblichen Auswahl der besten Forschungsvorhaben von Wissenschaftlern an Hochschulen und Forschungsinstituten sowie in deren Finanzierung.

Die Fachkollegien der DFG bewerten Anträge auf finanzielle Förderung von Forschungsvorhaben. Sie kontrollieren dabei auch die Wahrung einheitlicher Maßstäbe bei der Begutachtung. Zu Fragen der Weiterentwicklung und Ausgestaltung der Förderprogramme der DFG wird ihr Rat gehört. Die Mitglieder der Fachkollegien werden von Wissenschaftlern nach Maßgabe einer vom Senat der DFG zu erlassenden Wahlordnung auf vier Jahre gewählt. Sie sind entsprechend dem Schwerpunkt ihrer wissenschaftlichen Arbeit jeweils einem Fach zugeordnet. Mehrere miteinander wissenschaftlich verzahnte Fächer bilden ein Fachkollegium.

Thomas Kühne vertritt in einem Fachkollegium das Fach „Physikalische und Theoretische Chemie“, Matthias Bauer in einem anderen Fachkollegium das Fach „Chemische Festkörper- und Oberflächenforschung“. „Die Wahl gleich zweier Chemiker in diese wichtigen Gremien stellt eine große Auszeichnung ihrer Forschungsleistungen dar und unterstreicht ihre Bedeutung in der jeweiligen Community“, so der Forschungsdekan der Fakultät für Naturwissenschaften. Beide Wissenschaftler belegten in ihren Gremien jeweils Spitzenplätze bei der Wahl.

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news-10593 Tue, 12 Nov 2019 16:21:58 +0100 Paderborner Physikerin in Max Planck School aufgenommen - Herausragende Forschung auf dem Gebiet der Photonik https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/paderborner-physikerin-in-max-planck-school-aufgenommen-herausragende-forschung-auf-dem-gebiet-der-1/ Die Paderborner Physikerin und Leibniz-Preisträgerin Prof. Dr. Christine Silberhorn wurde als Fellow an der Max Planck School of Photonics (MPSP) aufgenommen. Ziel der Max Planck Schools ist es, die Graduiertenausbildung in Deutschland für international herausragende Doktorandenanwärter*innen attraktiver zu machen. Besonders renommierte Forscher*innen eines Fachgebiets haben sich dabei zusammengeschlossen, um ihr Wissen an den akademischen Nachwuchs weiterzugeben. Die Schools fungieren als Knotenpunkte. Hintergrund ist die Tatsache, dass sich die besten Wissenschaftler*innen einer Disziplin in Deutschland häufig an verschiedenen Universitäten und außeruniversitären Forschungseinrichtungen befinden. 

Die MPSP, an der Prof. Silberhorn seit Oktober Fellow ist, ist eine überregionale Graduiertenschule. Im Promotionsprogramm werden dabei herausragende Studierende mit Masterabschluss bei einem Fellow innerhalb des Netzwerks aufgenommen. Das Studium vernetzt alle Akteure durch koordinierte Workshops und Weiterbildungsprogramme eng miteinander. Aus der Arbeitsgruppe von Prof. Silberhorn hat Laura Padberg ihre Arbeit als Promovierende in der Graduiertenschule der Max Planck School of Photonics aufgenommen. Sie forscht im Bereich der Quantenphotonik sowie zu deren Einsatz in modernen Technologien. Das Team um Silberhorn beschäftigt sich mit neuartigen integriert-optischen Quantenbauelementen und Methoden hinsichtlich ihrer Anwendungen in der Quanten-Informationsverarbeitung und der Kommunikation.

Im Profilbereich „Optoelektronik und Photonik“ werden an der Universität Paderborn seit einigen Jahren die physikalischen Grundlagen und Anwendungen optischer Technologien erforscht. Dabei kommen innovative Konzepte aus der Quantenoptik, der kohärenten Optik, der ultraschnellen Nanooptik und Optoelektronik zum Einsatz. Ziel ist die Etablierung neuartiger Informationstechnologien, die auf der nichtlinearen Licht-Materie-Wechselwirkung und auf Quanteneffekten basieren. Schon 2005 hat die Universität mit der Gründung des CeOPP (Center for Optoelectronics and Photonics) ein eindeutiges Signal für den Ausbau der zukunftsträchtigen Forschungsbereiche Optoelektronik und Photonik gesetzt. Das CeOPP besteht aus Arbeitsgruppen der Departments Chemie und Physik sowie des Instituts für Elektrotechnik und Informationstechnik. Die interdisziplinäre Kooperation im Profilbereich „Optoelektronik und Photonik“ wird außerdem durch einen Sonderforschungsbereich der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation

Weitere Informationen zum CeOpp: https://www.ceopp.de/
Weitere Informationen zum Sonderforschungsbereich "Tailored Nonlinear Photonics: From Fundamental Concepts to Functional Structures": https://trr142.uni-paderborn.de/de/

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news-10591 Tue, 12 Nov 2019 15:42:29 +0100 Ehrenprofessur der Jiangsu University für Prof. Dr. Dirk Kuckling https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/ehrenprofessur-der-jiangsu-university-fuer-prof-dr-dirk-kuckling/ Im Zuge seiner China-Reise an verschiedene große Universitäten wurde Prof. Dr. Dirk Kuckling, Department Chemie der Universität Paderborn, am 8. Oktober in einer festlichen Zeremonie die Ehrenprofessur an der Jiangsu University, Zhenjiang, China verliehen. Die Urkunde wurde vom Dekan der Fakultät für Materialwissenschaften, Prof. Dr. Guanjun Qiao, überreicht. Damit wurden seine Erfolge und langjährige wissenschaftliche Zusammenarbeit in Deutsch-Chinesischen Gemeinschaftsprojekten auf dem Gebiet der Polymerchemie geehrt.

Prof. Kuckling ist seit März 2008 Professor für Organische und Makromolekulare Chemie an der Universität Paderborn. Sein Hauptinteresse gilt der Synthese und Charakterisierung von Polymerstrukturen mit aktorischen und sensorischen Eigenschaften. Seit mehr als 20 Jahren bestehen sehr gute Beziehungen u. a. zu Gruppen in Zhenjiang, Shanghai, Hangzhou und Beijing.

Die Jiangsu University wurde 1902 gegründet und umfasst z. Z. ca. 34.000 Studierende. Die Fakultät für Materialwissenschaften wird unter den besten 1 Prozent aller Universitäten in China gerankt. Mit der Ehrenprofessur wird der Wunsch auf eine engere Kooperation beider Universitäten verbunden.

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news-10585 Tue, 05 Nov 2019 12:26:05 +0100 Zur nationalen Wasserstoffstrategie: Chemiker der Universität Paderborn untersucht Sonnenlicht als Energiequelle für Wasserstoff-Autos https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/zur-nationalen-wasserstoffstrategie-chemiker-der-universitaet-paderborn-untersucht-sonnenlicht-als-e/ Heute findet in Berlin die Stakeholder-Konferenz zur nationalen Wasserstoffstrategie statt. Das hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) jüngst mitgeteilt. Die Regierung plant, die Strategie noch Ende des Jahres vorzulegen. Mit den Eckpunkten zum Klimaschutzprogramm hat sie bereits am 20. September einen Plan vorgestellt, bei dem insbesondere Wasserstoff eine zentrale Rolle spielt. Das Element kann u. a. als Antrieb für Elektroautos genutzt werden. Mittel- und langfristig müsse die Brennstoffzellentechnologie auf Wasserstoffbasis im Mobilitätssektor zu einer breiten Anwendung gelangen, heißt es bei den Eckpunkten.

 „Eine der größten Herausforderungen unserer Zeit besteht darin, die gesellschaftlichen Bedürfnisse an Mobilität und Energieversorgung zu decken, ohne dabei klimaschädliche Stoffe zu erzeugen“, sagt Prof. Dr. Matthias Bauer, Chemiker von der Universität Paderborn. Mit seiner Forschung zur Nutzung von Sonnenlicht als Energiequelle für Wasserstoff-Autos leistet er einen Beitrag zur Energiewende. Das BMBF unterstützt das Forschungsprojekt mit rund einer Million Euro.

Wasserstoff, der als Antrieb für Elektroautos genutzt werden kann, ist eine umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Treibstoffen. „Allerdings sind die für eine klimafreundliche Gewinnung von Wasserstoff notwendigen Prozesse bisher kaum erforscht worden und mögliche Technologien weitestgehend unausgereift“, so Bauer. Der Chemiker leitet ein Forschungsprojekt, das dessen Erzeugung durch den Einsatz von Sonnenlicht untersucht.

Bauer: „Wasserstoff, erzeugt durch unbegrenzt verfügbares Sonnenlicht, ist ein hocheffizienter Energieträger. Er kann zusammen mit Sauerstoff in elektrische Energie umgewandelt werden. Die dazu eingesetzten Brennstoffzellen erlangen im Moment große Aufmerksamkeit als Alternative zum klassischen Elektroantrieb. Als Abfallprodukt entsteht nur Wasser, aus dem mithilfe von Katalysatoren wiederum Wasserstoff gewonnen werden kann.“ Das Projekt läuft bis 2022. Erste Ergebnisse werden für 2020 erwartet.

Weitere Informationen zum Forschungsprojekt: https://www.uni-paderborn.de/nachricht/90346/

Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation

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news-10543 Mon, 14 Oct 2019 08:30:43 +0200 Nobelpreis für Chemie https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/nobelpreis-fuer-chemie/ Wissenschaftler der Universität Paderborn ordnet Forschung ein Wissenschaftler der Universität Paderborn ordnet Forschung ein

Am Mittwoch, 9. Oktober, wurden die diesjährigen Nobelpreisträger für Chemie bekanntgegeben: Prof. Dr. John Goodenough, Prof. Dr. Stanley Whittingham und Prof. Dr. Akira Yoshino wurden für ihre Beiträge auf dem Gebiet der Batterieentwicklung ausgezeichnet. In der Begründung heißt es, ihre Arbeit habe die Grundlagen für Lithium-Ionen-Akkus geschaffen. Der Preis wird von der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften vergeben und ist mit umgerechnet rund 830.000 Euro dotiert. Was es damit konkret auf sich hat, weiß Prof. Dr. Michael Tiemann, Chemiker an der Universität Paderborn.

Aus unserem Alltag kaum noch wegzudenken, findet die Lithium-Ionen-Batterie u. a. in elektronischen Geräten wie Handys oder Laptops Anwendung. Prof. Tiemann erklärt, was die Teilchen so besonders macht: „Das positiv geladene Lithium-Ion ist sehr klein und dadurch sehr beweglich. Es kann in der Batterie leicht zwischen der Anode – dem Minuspol – und der Kathode – dem Pluspol – hin- und herwandern. Beim Laden der Batterie bewegt es sich in Richtung Anode und beim Entladen zur Kathode“. Als Kathodenmaterialien werden unterschiedliche Metalloxide verwendet. „In diese Oxide können die Lithium-Ionen leicht ‚chemisch eingebaut‘ werden. Später, beim Laden der Batterie, werden sie wieder ‚ausgebaut‘“, so der Wissenschaftler. Durch die Wahl geeigneter Metalloxide lasse sich insbesondere die Zellspannung der Batterie erheblich steigern, so Prof. Tiemann weiter.

„Die Entwicklung des Prinzips des chemischen Ein- und Ausbaus von Lithium-Ionen in solchen Kathodenmaterialien und die systematische Suche nach den dafür am besten geeigneten Metalloxiden war die Leistung von Whittingham und Goodenough in den 1970er und 80er Jahren“, sagt Tiemann und ergänzt: „Yoshino entwickelte wenig später die erste kommerziell verfügbare Lithium-Ionen-Batterie, indem er den Aufbau der Anode durch Verwendung geeigneter Kohlenstoff-Materialien wesentlich verbesserte“.

Das chemische Element Lithium sei ein besonders unedles Metall, wodurch es sich für die Verwendung in Batterien gut eigne, so Prof. Tiemann. Es zeichne sich außerdem durch seine geringe Masse aus: „Lithium ist das leichteste Metall und das drittleichteste Element im Periodensystem“, erklärt der Wissenschaftler. Deshalb werde in Lithium-Ionen-Batterien eine hohe Energiedichte, also die Menge der speicherbaren Energie pro Gewicht, erzielt. Denkbar sei aber auch, dass Lithium in künftigen Batterie-Generationen durch andere Elemente ersetzt würde. Derzeit würden u. a. Magnesium-basierte Batterien erforscht. Da das Element auf der Erde relativ häufig vorkomme, ließen sich auf diese Weise unter Umständen auch mögliche Probleme lösen, die sich aus der begrenzten Verfügbarkeit des Lithiums ergeben.

Anwendung finden die leichten und leistungsstarken Batterien auch bei Elektro-Fahrzeugen. Weil sie große Mengen an Solar- und Windenergie speichern können, leisten sie außerdem einen Beitrag für den Klimaschutz. „Gerade im Moment ist das ein viel beachteter und zunehmend wichtiger gesellschaftlicher Aspekt“, so Prof. Tiemann.

Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation, Prof. Dr. Michael Tiemann, Anorganische Chemie

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news-10541 Fri, 11 Oct 2019 15:17:53 +0200 Neuwahl des Dekanats der Fakultät für Naturwissenschaften https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/neuwahl-des-dekanats-der-fakultaet-fuer-naturwissenschaften/ Der Fakultätsrat der Fakultät für Naturwissenschaften hat am 9. Oktober das Dekanat neu gewählt: Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt wurde im Amt des Dekans bestätigt. Für weitere vier Jahre im Amt bleiben auch die Prodekanin Prof. Dr. Kirsten Schlegel-Matthies (Studiendekanin) sowie die Prodekane Prof. Dr. Matthias Bauer (Forschungsdekan) und Prof. Dr. Dirk Reuter (Prodekan Physik). Neu im Dekanat sind Prof. Dr. Thomas D. Kühne (Prodekan Chemie) und Prof. Dr. Jochen Baumeister (Prodekan Sport & Gesundheit). Die Amtszeit des neuen Dekanats beginnt mit der Bestätigung der Wahlen durch die Präsidentin und endet am 30. September 2023.

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news-10523 Tue, 01 Oct 2019 08:46:59 +0200 Essen gegen die „innere Uhr“ unter der Lupe: Studierende für Ernährungsstudie gesucht https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/essen-gegen-die-innere-uhr-unter-der-lupe-studierende-fuer-ernaehrungsstudie-gesucht/ Wenn die Uni einen bestimmten Tageszeitplan vorschreibt, kommt es vor, dass Studierende gegen die „innere Uhr“ essen: Frühaufsteher essen abends „zu spät“ und Spätaufsteher morgens „zu früh“. Das kann gesundheitliche Folgen haben. In einer kontrollierten Ernährungsstudie wollen Wissenschaftler des Instituts für Ernährung, Konsum und Gesundheit untersuchen, ob sich das Essen gegen die innere Uhr bereits bei jungen Erwachsenen ungünstig auf den Stoffwechsel auswirkt. Dafür werden Studierende im Alter von 18 bis 25 Jahren gesucht.

Die Studie ist Teil einer Kooperation mit der Universität Bonn und dem Deutschen Diabetes Zentrum in Düsseldorf und wir durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Sie wird von einem Team der Arbeitsgruppe „Public Health Nutrition“ unter der Leitung von Prof. Dr. Anette Buyken durchgeführt.

Die Studie teilt sich in zwei Unterstudien auf: In Studie 1 (Screening) erfassen die Wissenschaftlerinnen mittels Fragebögen den individuellen Chronotypen der Teilnehmenden, also, ob er/sie Früh- oder Spätaufsteher oder ein Zwischentyp ist. Außerdem wird die Zusammensetzung des Körpers (Wasser-, Fett- und Muskelmasseanteil) mittels bioelektrischer Impedanzanalyse ermittelt. Das Screening dauert circa eine Stunde und startet im September 2019. Die Teilnehmenden erhalten als Dankeschön einen DeliCard-Gutschein im Wert von 5 Euro und auf Wunsch die Auswertung zur eigenen Körperzusammensetzung.

Aus Studie 1 werden unter den Früh- oder Spätaufstehenden die extremsten Chronotypen für Studie 2, eine kontrollierte Ernährungsstudie, ausgewählt und nach ihrer Zustimmung eingeladen. Hier untersuchen die Wissenschaftlerinnen anhand verschiedener Messungen, ob das Essen gegen die innere Uhr bei den Teilnehmenden ungünstig für die Glukoseantwort auf Kohlenhydrate und den Körperfettanteil ist und ob es hier Unterschiede zwischen Früh- und Spätaufstehenden gibt. Die Studie findet an acht aufeinander folgenden Tagen voraussichtlich im Frühjahr 2020 statt. An der kontrollierten Ernährungsstudie können nur Teilnehmende aus Studie 1 teilnehmen.

Weitere Informationen zur Studie, den genauen Teilnahmebedingungen und zur Anmeldung zum Screening unter: sug.uni-paderborn.de/ekg/phn/studien. Rückfragen beantworten gerne Dr. Bettina Krüger und Bianca Stutz: Tel.: 05251 60-5236, E-Mail:  phn-studie@lists.uni-paderborn.de

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news-10512 Tue, 24 Sep 2019 15:19:03 +0200 Sport als therapeutische Maßnahme: Studierende erwerben Lizenz des Deutschen Behindertensportverbands https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/sport-als-therapeutische-massnahme-studierende-erwerben-lizenz-des-deutschen-behindertensportverband/ Studierende des Bachelorstudiengangs „Angewandte Sportwissenschaft“ der Universität Paderborn erwarben kürzlich die Lizenz für den „Rehabilitationssport für Menschen mit inneren Erkrankungen“ und den „Sport für Menschen mit Behinderung“. Mit der von der Akademie des Deutschen Behindertensportverbandes (DBS) vergebenen Lizenz können sie nun Sport als therapeutische Maßnahme in Einrichtungen des Gesundheits- und Rehabilitationssports anwenden.

In einem Vertiefungslehrgang lernten die Studierenden, sportliche Maßnahmen belastungsreduziert, aber leistungsfördernd einzusetzen – sowohl bei Personen mit eingeschränkter Herz- oder Lungenfunktion als auch bei Kindern und Jugendlichen mit Handicap. Die Studierenden können nun spielerisch entwicklungsfördernden Sport vermitteln, so z. B. im Rollstuhl über Rampen balancieren oder mit verbundenen Augen Fußball spielen.

Während des Lehrgangs lernten die Studierenden, das im Studium erworbene Fachwissen aus den Bereichen Medizin, Orthopädie, Psychomotorik und Motodiagnostik praxisorientiert umzusetzen. So simulierten sie beispielsweise mit atembehindernden Masken und sichteinschränkenden Brillen altersdegenerative und krankheitsbedingte Veränderungen und lernten so, Trainingsbeanspruchungen dosiert einzusetzen. Diese enge Verzahnung von universitärer Lehre und Praxis ermöglicht es künftig, den hohen qualitativen und personellen Anforderungen im Rehabilitations- und Behindertensport gerecht zu werden.

Bei kooperierenden Paderborner Vereinen konnten die Studierenden ihr Fachwissen mit realer Patientenführung anwenden, begleitet durch Mentoren. In den rehabilitativen Sportgruppen der Vereine macht sich der demographische Wandel besonders deutlich bemerkbar: „Die Nachfrage nach fachkundigem Personal, insbesondere im rehabilitativen Vereinssport, ist nachhaltig steigend und kann momentan nicht ausreichend gedeckt werden", berichtet etwa Juliane Pietschmann, Therapieleiterin bei der Coronar-Sportgemeinschaft Paderborn.

Studierende können seit 2014 berufsrelevante Lizenzen erwerben

An der Universität Paderborn haben Studierende des Bachelorstudiengangs „Angewandte Sportwissenschaft“ seit 2014 die Möglichkeit, berufsrelevante Lizenzen, wie die des DBS, zu erwerben. Möglich machten das Prof. Dr. Dr. Claus Reinsberger und Dr. Thorsten Barthel vom Sportmedizinischen Institut unter Anerkennung des Behinderten- und Rehabilitationssportverbands NRW (BRSNW) und des Deutschen Behindertensportverbands (DBS).

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news-10504 Wed, 18 Sep 2019 16:43:17 +0200 Barrierefrei studieren und forschen: Chemielabor für Studierende und Mitarbeitende mit körperlicher Beeinträchtigung erweitert https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/barrierefrei-studieren-und-forschen-chemielabor-fuer-studierende-und-mitarbeitende-mit-koerperlicher/ Moderne Labore mit zeitgemäßer Ausstattung: Im 2011 errichteten Gebäude K der Universität Paderborn sind die Wissenschaftler des Departments Chemie bestens ausgerüstet. Doch Studierende und Mitarbeitende mit körperlicher Beeinträchtigung konnten die Einrichtungen bislang nicht oder nur eingeschränkt nutzen. Die Universität Paderborn baute nun ein Labor so um, dass jetzt auch Studierende und Mitarbeitende mit körperlicher Beeinträchtigung dort lernen und forschen können.

„In der Chemie ist Laborarbeit von zentraler Bedeutung und im Studium spielen chemische Experimente eine wichtige Rolle. In einem unserer Labore haben wir mit dem Hersteller der Laboreinrichtung einen Versuchsarbeitsplatz und einen Abzug so umgestaltet, dass Studierende und Kolleg*innen mit körperlicher Beeinträchtigung die Experimentierbereiche mit einem Rollstuhl unterfahren und die Arbeitsplatten für ihre jeweilige Tätigkeit höhenverstellbar anpassen können“, erläutert Dr. Andreas Hoischen, der im Department Chemie der Universität Paderborn unter anderem studentische Praktika koordiniert und die Laborräume betreut. „Mit dem umgebauten barrierefreien Labor verfügt die Universität Paderborn über eine Einrichtung, die in der deutschen Hochschullandschaft nahezu einmalig ist“, so der Wissenschaftler.

Der Umbau des Chemielabors kostete 35.000 Euro und ermöglicht nun allen Studierenden und Mitarbeitenden des Departments Chemie ein selbstständiges und sicheres Arbeiten.

Über das Department Chemie und das Chemiestudium an der Universität Paderborn

Das Department Chemie ist Teil der Fakultät für Naturwissenschaften. Am Department forschen Professoren und ihre Teams in Arbeitskreisen zu den Themen „Anorganische und analytische Chemie“, „Physikalische Chemie“, „Technische Chemie“, „Theoretische Chemie“, „Organische Chemie“ und „Didaktik der Chemie“. Weitere Informationen zum Department Chemie und der dortigen Forschung: chemie.uni-paderborn.de

Die Universität Paderborn bietet die Studiengänge „Chemie“ (Abschlüsse Bachelor, Master oder Lehramt), „Chemieingenieurwesen“ (Bachelor und Master) sowie den englischsprachigen Masterstudiengang „Materials Science“ an (interdisziplinärer Studiengang mit natur- und ingenieurwissenschaftlichen Anteilen aus Chemie, Physik, Maschinenbau und Elektrotechnik). Interessierte können sich noch bis zum 21. September bewerben: go.upb.de/Studienangebot und bit.ly/BewerbungWS1920.

Simon Ratmann, Stabsstelle Presse und Kommunikation

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news-10502 Mon, 16 Sep 2019 15:16:56 +0200 Vorlesung „Computerphysik“ erhält als erste Lehrveranstaltung der Fakultät für Naturwissenschaften das E-Learning-Label Advanced https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/vorlesung-computerphysik-erhaelt-als-erste-lehrveranstaltung-der-fakultaet-fuer-naturwissenschaften-d-2/ Die Vorlesung „Computerphysik“ von Prof. Dr. Arno Schindlmayr hat im Wintersemester 2018/2019 als erste Lehrveranstaltung der Fakultät für Naturwissenschaften das E-Learning-Label Advanced erhalten. Mit dem E-Learning-Label zeichnet die Universität Paderborn impulsgebende Lehrkonzepte aus, in denen hochwertige E-Learning-Elemente als essentieller Teil der Lehre eingesetzt werden. Die Stufe Advanced ist hierbei für Lehrveranstaltungen reserviert, bei denen E-Learning einen besonders großen Anteil ausmacht.

In der Vorlesung „Computerphysik“ lernen fortgeschrittene Bachelorstudierende, typische Problemstellungen der Physik mithilfe selbstgeschriebener Computerprogramme auf numerischem Weg zu lösen, und werden so auf eigenständige Forschungsprojekte im Rahmen der Bachelorarbeit vorbereitet. „Für die aktuelle Forschung in der Theoretischen Physik spielen numerische Berechnungen eine herausragende Rolle“, erklärt Schindlmayr. „Das Erstellen und Durchführen von Computersimulationen für wissenschaftliche Zwecke ist aber eine komplexe Aufgabe, die neben eigentlichen Programmierfähigkeiten auch gute Kenntnisse über numerische Algorithmen sowie Strategien zur Verifikation, Konvergenzkontrolle und grafischen Datenauswertung erfordert. Um diese Fertigkeiten sicher einzuüben, bearbeiten die Studierenden während des Semesters parallel zur Vorlesung jede Woche ein abgeschlossenes Projekt, das sämtliche Verfahrensschritte umfasst.“ Die einzelnen, aufeinander aufbauenden Schritte können dabei sofort mithilfe von Kontrollfragen und Online-Tests im Lern-Management-System PANDA überprüft werden, auch die Abgabe der erstellten Computerprogramme, die von den Dozenten manuell korrigiert und kommentiert werden, erfolgt über PANDA. Dort werden außerdem ergänzende Materialien wie Skripte, E-Books und Beispielprogramme bereitgestellt. Als weitere Besonderheit bearbeiten die Studierenden in der abschließenden Modulprüfung unter Aufsicht ebenfalls ein Projekt, das nach dem gleichen Muster strukturiert ist, und dürfen dabei auf ihr semesterbegleitend erstelltes Portfolio von Computerprogrammen und Dokumenten zur Lehrveranstaltung zurückgreifen.

Prof. Dr. Arno Schindlmayr ist Professor für Theoretische Physik mit dem Schwerpunkt Computerphysik. Als Studiengangsmanager des Departments Physik und stellvertretender Vorsitzender der Kommission für Lehre, Studium und Qualitätsmanagement setzt er sich auf verschiedenen Ebenen für die Förderung von Innovation und Qualität in der Lehre ein. Im Jahr 2015 wurde ihm von der Fachschaft die „Goldene Kreide“ für die beste Lehrveranstaltung im Department Physik verliehen.

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news-10496 Tue, 10 Sep 2019 14:08:50 +0200 Vertrauensvolle Zusammenarbeit: Prof. Dr. Jochen Baumeister über die Kooperation von Universität und SG Flensburg-Handewitt https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/vertrauensvolle-zusammenarbeit-prof-dr-jochen-baumeister-ueber-die-kooperation-von-universitaet-und/ Seit Beginn der Saison 2017/18 kooperiert die SG Flensburg-Handewitt mit der Universität Paderborn. Im Interview mit dem deutschen Handballmeister stellt Prof. Dr. Jochen Baumeister von der Arbeitsgruppe Trainings- und Neurowissenschaften die Zusammenarbeit, deren Ziele und den Nutzen für Studierende in Paderborn vor.

Wie sieht die Partnerschaft zwischen der Uni Paderborn und der SG Flensburg-Handewitt genau aus?

Jochen Baumeister: Die Kooperation besteht im Messen und Auswerten von Leistungsdaten, die täglich im Leistungssport entstehen und erhoben werden. Wir erhoffen uns, dadurch mehr Informationen über die Spieler zu bekommen, um den Prozess der Individualisierung weiter voranzutreiben. Die Universität Paderborn unterstützt das Trainerteam der SG Flensburg-Handewitt dahingehend, eine andere, datenbasierte Perspektive auf die Trainingssteuerung aufzuzeigen.

Was passiert genau mit den erhobenen Daten?

Baumeister: Wir analysieren in erster Linie objektive Daten zur Leistung, Belastung und Beanspruchung der Spieler, z.B. aus trainingsbegleitenden Sprung-, Sprint- und Koordinationstests. Aufgrund der Ergebnisse ist es möglich, das Training noch individueller zu gestalten und somit jedem Spieler gerecht zu werden. Gerade in Bezug auf diese Leistungsdaten lassen sich Umfänge und Intensität besser ausgestalten und steuern.

Wie wird das im Alltag umgesetzt, wie genau muss man sich den Umgang der Daten genau vorstellen?

Baumeister: Die Zeiten, in denen alle Spieler einer Mannschaft dieselben Belastungsvorgaben bekommen, sind lange vorbei. Nach einer intensiven Datenauswertung werden spezifische Anforderungsprofile für die Spieler erstellt. Nur so können wir gewährleisten, dass wir im Training  jedem Spieler gerecht werden und somit seine optimale Leistungsfähigkeit entwickeln können.

Dient diese optimierte Trainingssteuerung auch der Verletzungsprävention?

Baumeister: Wir gehen bei dieser individualisierten Trainingssteuerung davon aus, dass wir Überlastungen und Fehlbelastungen besser vermeiden können. Allerdings ist das schwer zu belegen, da sich Kontaktverletzungen, und um Körperkontakt geht es im Handball nun mal, natürlich nicht vermeiden lassen.

Wie haben Sie mit Ihrer Arbeit die Vorbereitung auf die neue Saison der SG unterstützen können?

Baumeister: Wir unterstützen aus wissenschaftlicher Sicht. Dabei arbeiten wir eng mit dem Trainerteam zusammen. Wir beobachten Zusammenhänge, messen Leistungsdaten und werten diese im Anschluss aus. In enger Absprache können Maik (Machulla, Cheftrainer, Red.) und Michael (Döring, Athletiktrainer, Red.) diese Informationen für eine optimale Steuerung der Einheiten und der Rehabilitation nutzen.

Die neue Technologie KINEXON wird in der kommenden Saison in der Handball-Bundesliga eine große Rolle spielen, auch die SG wird mit dem neuen System arbeiten. Was ist KINEXON eigentlich?

Baumeister: Die Handball-Bundesliga stattet die Spielstätten mit einem lokalen System aus, dass die genaue Position eines Spielers in der Halle erkennt, ähnlich wie GPS Systeme im Fußball oder Rugby, wo diese Technologie schon seit Jahren eingesetzt wird. In Echtzeit werden mit dem KINEXON System zahlreiche Positionsdaten erfasst und in Metriken wie z.B. Sprints, zurückgelegte Distanz und Sprunghöhen umgesetzt. Zur Messung tragen die Spieler unter der Spielkleidung im Nackenbereich zwischen den Schulterblättern Sensoren, die in etwa die Größe einer Streichholzschachtel haben. Das System erfasst die Positionsveränderungen und Beschleunigungen. Dies bietet uns die Möglichkeit, Belastung und Leistung zu quantifizieren. So kann man in den nachfolgenden Trainingswochen datenbasiert individuell reagieren und das Training gegebenenfalls anpassen.

Ist das der nächste Schritt in der Trainingsweiterentwicklung?

Baumeister: Am Ende muss das Gesamtpaket in der Ausgewogenheit zwischen Training und Wettkampf hinsichtlich der sportartspezifischen Anforderungen stimmen. Mit unserer Arbeit haben wir das Rad nicht neu erfunden, aber es ist längst nicht mehr so, dass allein Erfahrung ausschlaggebend für die Steuerung der Trainingseinheiten ist. Vielmehr wollen wir dem Trainerteam eine datenbasierte Unterstützungshilfe geben. Am Ende muss die Technologie aber auch immer in der Lage sein mitzuhelfen, den einzelnen Sportler besser zu machen. 

Sie sind Professor an der Universität Paderborn, was können Sie Ihren Studierenden aus der Zusammenarbeit mit der SG weitergeben?

Baumeister: Es ist ja so, dass auch einige unserer Studierenden gerade zum Trainingsauftakt unterstützen, die Lauf- und Sprungtests mit den Spielern durchführen und diese dann auch entsprechend auswerten. Für die Studierenden ist es immer besser, nah am Feld der angewandten Trainingswissenschaften und Neurowissenschaften zu sein, um die Zusammenhänge besser verstehen und dementsprechend anwenden zu können. Die Inhalte sind praxisorientiert, so finden einige Lehrveranstaltungen längst fernab der Hörsäle statt, sondern in Hallen oder auf Sportplätzen. Dort wo eben trainiert wird. Die Zusammenarbeit mit Spitzensportvereinen wie der SG, ermöglicht uns, Studierende speziell fürs Athletiktraining im Leistungssport auszubilden und ihnen die Nähe zum Sport auch im Alltag zu vermitteln.

Auch die Forschung ist in Ihrer Arbeit ein elementarer Bestandteil, wie kann man das vorantreiben?

Baumeister: In der Forschung versuchen wir, schon an der nächsten Ebene zu arbeiten. Wir möchten die Methoden von morgen und übermorgen entwickeln, mit Hilfe von künstlicher Intelligenz (KI) Zustände klassifizieren, um Vorhersagen zu treffen. Bei KI geht es um Selbstlernalgorithmen von Computern, die Muster und Konzepte anhand der erfassten Daten erlernen. Dadurch kann der PC im Idealfall unterstützend in die Trainingssteuerung eingreifen. In der Praxis würde man den Computer mit den Positionsdaten der Spieler füttern um Zustände wie Ermüdung oder Verletzungsrisiko vorhersagen zu können. Der PC gibt dann in Form eines Ampelsystems unterstützende Hilfestellung zur Belastungssteuerung ans Trainerteam. Das hört sich im Moment noch sehr zukunftsorientiert an, ist aber in vielen Bereichen unseres Lebens sichtbar, aber auch unsichtbar schon längst Alltagsrealität. Die Frage ist also nicht, ob neue Technologien in den Handball einziehen, sondern wie wir so damit umgehen, dass wir die Technologie so gut wie möglich einsetzen können. Für diese innovative Umsetzung ist die SG sehr aufgeschlossen und u.a. deshalb für uns ein ganz wertvoller Partner.

Abschließend: Was zeichnet die Zusammenarbeit der SG mit der Uni Paderborn besonders aus?

Baumeister: Das Besondere ist sicherlich, dass auf den unterschiedlichen Ebenen Sport und Wissenschaft Menschen zusammenarbeiten, die auf einer Welle liegen, die sich gut verstehen und die sich gegenseitig großes Vertrauen entgegenbringen. Jeder von uns arbeitet fachlich sehr unterschiedlich, dennoch ist es ein absoluter Gewinn diese verschiedenen Perspektiven und Ansichten zusammenzubringen und somit ein erfolgreiches Ergebnis mit optimaler Leistung zu erzielen.

Mir persönlich macht es großen Spaß, Fachlichlichkeit, Vertrauen und Freude an der Arbeit zu verbinden. Das ist bei uns allen gegeben. Ich hoffe, dass wir gemeinsam die nächste Stufe erreichen und wir z.B. das KINEXON System ideal in den Trainings- und Wettkampfalltag der SG einbringen können.

Interview: SG Flensburg-Handewitt

Über die Arbeitsgruppe Trainings- und Neurowissenschaften

Innerhalb des Departments Sport & Gesundheit der Universität Paderborn besteht die Arbeitsgruppe seit Besetzung des Lehrstuhls „Trainingswissenschaften mit neurowissenschaftlichem Schwerpunkt“ zum 1. April 2018 mit Prof. Dr. Jochen Baumeister. Sie beschäftigt sich aus einer neurophysiologischen Perspektive mit dem Zusammenhang von Gehirn und Sport zur Wiederherstellung und zum Erhalt von Gesundheit und der Entwicklung von Leistung. Handlungsfelder sind insbesondere die Leistungsentwicklung, Rehabilitation und Prävention von Sportverletzungen sowie das Verletzungsmanagement im Leistungssport - umgesetzt durch Betreuungsaktivitäten von Athleten und Sportteams in Deutschland (Fußball- und Handball-Bundesliga) und Norwegen (Biathlon, Skispringen und nordische Kombination). Die Kooperation zwischen der SG Flensburg-Handewitt, der Akademie Flensburg (Nachwuchsleistungszentrum der SG) sowie Prof. Dr. Baumeister und seinem Team besteht seit der Saison 2017/2018.

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news-10460 Tue, 06 Aug 2019 10:59:32 +0200 Nachhaltige Erzeugung von Wasserstoff als Treibstoff: Prof. Dr. Bauer stellt Politikern seine Forschung vor https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/nachhaltige-erzeugung-von-wasserstoff-als-treibstoff-prof-dr-bauer-stellt-politikern-seine-forsch/ Ende Juli haben Frank Schäffler und Christian Sauter, beide Bundestagsmitglieder der FDP, sowie Marc Lürbke, stellvertretender Fraktionsvorsitzender der FDP im Landtag NRW, Prof. Dr. Matthias Bauer, Inhaber des Lehrstuhls Anorganische Chemie nachhaltiger Prozesse, an der Universität Paderborn besucht. Die Politiker sprachen mit dem Wissenschaftler, der zur nachhaltigen Erzeugung von Wasserstoff als Treibstoff forscht, über alternative Antriebsformen, insbesondere Wasserstoff-Autos.

Im Fokus der Arbeit von Bauer steht die Generierung von Wasserstoff mit Hilfe von Sonnenlicht. In einer Apparatur (siehe Foto) wird mit Hilfe von Metallkatalysatoren aus Wasser gasförmiger Wasserstoff erzeugt, der in Brennstoffzellen als Treibstoff eingesetzt werden kann. Dabei ging der Wissenschaftler im Gespräch mit Schäffler, Sauter und Lürbke auf Batterieautos, Wasserstoffautos und Verbrennungsmotoren ein.

Bauer: „Die steigende Weltbevölkerung und der steigende Ressourcenbedarf kann nicht mehr durch eine einzige Antriebsform bewegt werden. Hier werden zukünftig Mischformen nötig sein. Für den Stadtverkehr das Batterieauto, das nur kurze Strecken zurücklegt und zu Hause geladen wird. Für mittlere und lange Distanzen das Wasserstoffauto und für Schwerlast und Flugzeuge künstliche Kraftstoffe.“

Der Chemiker betonte, dass in der gegenwärtigen CO2-Diskussion die Möglichkeit vergessen werde, CO2 durch chemische Reaktionen auch in künstliche Kraftstoffe umwandeln zu können. Damit würde sich eine passive Vermeidung von CO2 in eine aktive Reduktionsmöglichkeit des klimaschädlichen Gases umkehren lassen.  Die Weiterentwicklung solcher Prozesse sollte deshalb ebenfalls stark gefördert werden.

„Durch regenerative Energiequellen wie Licht und Wind, die prinzipiell im Überfluss vorhanden sind, wird so die Debatte um Wirkungsgrade nebensächlich, da keine klimaschädlichen Abfallprodukte entstehen“, so Bauer weiter.

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news-10452 Wed, 24 Jul 2019 08:21:15 +0200 Warum ziehen sich große Moleküle gegenseitig an – oder warum kann der Gecko glatte Flächen hinauflaufen – Summer School vom 16. bis 19. Juli https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/warum-ziehen-sich-grosse-molekuele-gegenseitig-an-oder-warum-kann-der-gecko-glatte-flaechen-hinauflau/ „Üblicherweise stoßen sich große Moleküle voneinander ab, da einzelne Fragmente mehr Platz beanspruchen als kleinere. Dennoch gibt es Phänomene, in denen sich große Molekülgruppen offensichtlich anziehen“, erklärt Prof. Dr. Jan Paradies vom Department Chemie, der eine internationale Konferenz im Rahmen des DFG Schwerpunktprogramms 1807 Mitte Juli organisiert hat. Dies liege an den sogenannten London-Dispersionswechselwirkungen, schwachen attraktiven Kräften. Diese Kraft sei auch der Grund, warum z. B. der Gecko an Fensterscheiben ohne weiteres herlaufen kann, so Paradies weiter. Dies liege nicht an Saugnäpfen, wie man vielleicht zunächst vermuten würde, sondern an Millionen und Abermillionen kleinen Härchen an den Füssen. Jedes Härchen liefere eine zwar sehr schwache, aber dennoch attraktive Wechselwirkung mit der Glasoberfläche. Da sich die Wechselwirkungen über die unglaublich große Anzahl an Härchen aufaddieren, entsteht eine große Kraft, die es dem Gecko erlaubt, an Fensterscheiben zu haften.

„Dieses mikroskopische Phänomen tritt ebenfalls auf molekularer Ebene auf und ist Fokus des DFG-finanzierten Schwerpunktprogramms ‘Kontrolle von London Dispersionswechselwirkungen in molekularer Chemie‘“, erklärt Pradies. Im Rahmen einer internationalen Konferenz vom 16. bis 19. Juli trafen sich Wissenschaftler*innen an der Universität Paderborn, um aktuellste Forschungsergebnisse vorzustellen. Paradies: „Hier zeigte sich, dass der Effekt ebenfalls auf molekularer Ebene ein additiver ist und gezielt für die Entwicklung neuer chemischer Systeme eingesetzt werden kann. Dadurch lassen sich beispielsweise Aggregation von Molekülgruppen steuern, um neue Material- oder Moleküleigenschaften zu erhalten.“

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news-10439 Mon, 15 Jul 2019 12:44:06 +0200 Ernährungsbildung an Kitas und Schulen https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/ernaehrungsbildung-an-kitas-und-schulen-1/ Paderborner Studie an Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft überreicht Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft erhält Ergebnisse aus Paderborner Studie

Ein Bewusstsein für gesunde Ernährung zu entwickeln, erfordert bereits im Kindesalter umfassende Aufklärungsarbeit. Welche Grundlagen hierfür an deutschen Schulen und Kitas existieren, was Kinder dort zum Thema Ernährung lernen und wie Erzieher*innen und Pädagog*innen auf diese Aufgabe vorbereitet werden, war Untersuchungsgegenstand der Studie „Ernährungsbezogene Bildungsarbeit in Kitas und Schulen“ der Universität Paderborn. In der vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) beauftragten Studie analysierte Ernährungswissenschaftler Prof. Dr. Helmut Heseker gemeinsam mit seinem Team Bildungspläne für die frühkindliche Bildung, Lehrpläne aller Schularten sowie Ausbildungsinhalte der Kita-Fachkräfte und Pädagog*innen. Am Freitag, 12. Juli, hat Heseker Bundesministerin Julia Klöckner im Rahmen einer Pressekonferenz in Berlin den Forschungsbericht offiziell übergeben.

„Der Grundstein für eine gesunde und ausgewogene Ernährung wird schon im Kindesalter gelegt. Daher ist es wichtig, dass in Kitas und Schulen die Ernährungsbildung stattfindet – im Unterricht und bei den Mahlzeiten. Wir haben diese Studie beauftragt, um zu sehen, was davon in Schulen und Kitas umgesetzt wird und wie die Fachkräfte auf Ihre Aufgabe vorbereitet werden. Wir sehen, hier ist noch Nachholbedarf, denn von einer flächendeckenden Ernährungsbildung kann noch lange nicht die Rede sein“, erklärt Klöckner. In ihrer Studie stellten die Paderborner Wissenschaftler fest, dass zwar das Thema Ernährung in den Bildungsplänen für Kitas und Schulen verankert ist, der Unterricht hierzu an weiterführenden Schulen jedoch nur anteilmäßig im Fach Biologie und im Wahlpflichtbereich stattfindet oder manchmal auch vollständig fehlt. Verbesserungsbedarf gebe es laut Heseker vor allem in der Ausbildung von Pädagog*innen. So seien in den entsprechenden Lehramtsstudiengängen die notwendigen ernährungsbezogenen Inhalte nicht immer vorhanden und stellten ebenso in der Ausbildung von Erzieher*innen lediglich ein Randthema dar. „Die Länder haben das Thema in ihren Lehr- und Bildungsplänen verankert, was ein wichtiger Schritt ist. Wir sehen jedoch, dass die Fachkräfte in Kitas und Schulen in ihrer Ausbildung zumeist unzureichend auf diese Aufgabe vorbereitet werden“, verdeutlicht Heseker.

Neben der Feststellung, dass Lehrbücher im Zusammenhang mit dem Thema Ernährung häufig fachliche Mängel aufweisen, fiel Heseker mit seinem Team ebenso auf, dass Lehramtsstudiengänge mit umfassenden ernährungsbezogenen Inhalten nicht in allen Bundesländern angeboten würden. Bundesministerin Klöckner betont: „Bildung ist Ländersache. Das ist gut so und soll auch so bleiben. Der Bund kann hier unterstützen, indem er konkrete Angebote macht. Das setze ich jetzt mit dem Bundeszentrum für Ernährung um“.

Das Bundeszentrum für Ernährung (BZfE) verfügt bereits über moderne sowie aktuelle Lehrmaterialien und entwickelt das Angebot stetig fort. Gemeinsam mit dem BZfE erarbeitet das BMEL ein Konzept zur Ausweitung der Lehrerfortbildung, bei dem auch die Länder einbezogen werden. Das Nationale Qualitätszentrum für Kita und Schule (NQZ), das im Zuge dessen vom BMEL ausgebaut wird, unterstützt bereits die Ernährungsbildung und Verpflegungsqualität im „Gute-Kita-Gesetz“.

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news-10406 Fri, 14 Jun 2019 14:04:15 +0200 Beitrag zur Energiewende https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/beitrag-zur-energiewende/ BMBF: Untersuchung von Sonnenlicht als Energiequelle für Wasserstoff-Autos Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert Chemiker mit einer Million Euro für die Untersuchung von Sonnenlicht als Energiequelle für Wasserstoff-Autos

„Eine der größten Herausforderungen unserer Zeit besteht darin, die gesellschaftlichen Bedürfnisse an Mobilität und Energieversorgung zu decken, ohne dabei klimaschädliche Stoffe zu erzeugen“, erklärt Prof. Dr. Matthias Bauer vom Department Chemie der Universität Paderborn. „Das beinhaltet auch die Schonung fossiler Ressourcen, die durch andere, regenerative Energieträger ersetzt werden müssen“, so der Wissenschaftler weiter. Eine umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Treibstoffen ist beispielsweise Wasserstoff, der als Antrieb für Elektroautos genutzt werden kann. „Allerdings sind die für eine klimafreundliche Gewinnung von Wasserstoff notwendigen Prozesse bisher kaum erforscht worden und mögliche Technologien weitestgehend unausgereift“, so Bauer. Der Chemiker leitet ein neues Forschungsprojekt, das jetzt dessen Erzeugung durch den Einsatz von Sonnenlicht untersucht. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund einer Million Euro gefördert.

Unbegrenzt verfügbare Energie

Bauer: „Wasserstoff, erzeugt durch unbegrenzt verfügbares Sonnenlicht, ist ein hocheffizienter Energieträger. Er kann zusammen mit Sauerstoff in elektrische Energie umgewandelt werden. Die dazu eingesetzten Brennstoffzellen erlangen im Moment große Aufmerksamkeit als Alternative zum klassischen Elektroantrieb. Als Abfallprodukt entsteht nur Wasser, aus dem mithilfe von Katalysatoren wiederum Wasserstoff gewonnen werden kann.“

Um solche chemischen Prozesse zu verbessern, die durch die Energie des Sonnenlichts ermöglicht werden, müssen hochkomplexe Techniken angewandt werden. „Diese stehen an Teilchenbeschleunigern, auch Hochleistungs-Photonenquellen genannt, zur Verfügung. Da die Reaktionen im Bereich einer milliardstel Sekunde und zum Teil noch schneller ablaufen, müssen die Methoden am Synchrotron PETRA III in Hamburg weiterentwickelt werden, um in diesen Zeitbereich vorzustoßen“, sagt Bauer und ergänzt: „Dann lassen sich molekulare Filme von der Bildung des Wasserstoffs drehen, mit deren Hilfe solche Prozesse verbessert werden können“.

Nachhaltigkeit hat höchste Priorität

Bisher kommen für solche Reaktionen nur Edelmetalle wie Platin zum Einsatz.  „Diese Metalle werden allerdings in absehbarer Zeit knapp. Hinzu kommt, dass deren Gewinnung die Umwelt belastet“, erklärt Bauer. Die Paderborner und Hamburger Wissenschaftler wollen deshalb noch einen Schritt weiter gehen: „Mit der Nutzung von unedlen Metallen wie Eisen können wir die Nachhaltigkeit solcher Reaktionen stark erhöhen“, so der Chemiker. Bis zur Konkurrenzfähigkeit der edelmetall-freien Systeme werde es zwar noch dauern, aber „mit den jetzt bewilligten Mitteln können wir diesem Ziel ein gutes Stück näher kommen“, ist sich Bauer sicher. Das Projekt läuft bis 2022. Erste Ergebnisse werden für 2020 erwartet.

Prof. Dr. Matthias Bauer; Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation

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news-10404 Wed, 12 Jun 2019 11:45:56 +0200 Paderborner Professor ist neuer Vorsitzender der Deutschen Flüssigkristall-Gesellschaft https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/paderborner-professor-ist-neuer-vorsitzender-der-deutschen-fluessigkristall-gesellschaft/ Prof. Dr. Heinz Kitzerow vom Department Chemie der Universität Paderborn wurde kürzlich zum Vorsitzenden der Deutschen Flüssigkristallgesellschaft (DFKG) gewählt. Die DFKG fördert die Erforschung von Flüssigkristallen, geordneten Flüssigkeiten, die sowohl in der Natur als auch in technischen Geräten eine wichtige Rolle spielen. Ihre derzeit bekannteste Anwendung ist die Verwendung als elektrisch adressierbare optische Filter in Flachbildschirmen, sogenannte Liquid Crystal Displays. Neben zahlreichen weiteren optischen Anwendungen besitzen Flüssigkristalle z. B. auch eine hohe Bedeutung für die Struktur lebender Organismen, für die Entwicklung künstlicher Muskeln, als höchststabile Fasern oder Lösungsmittel mit ungewöhnlichen Eigenschaften, als selbstorganisierte Schablone für neuartige Nanomaterialien oder als Modell für physikalische Phänomene, die in anderen Systemen nur unter extremen Bedingungen bzw. auf schwer zugänglichen Längen- oder Zeitskalen stattfinden.

Die DFKG, eine Arbeitsgemeinschaft der Deutschen Bunsen-Gesellschaft für Physikalische Chemie, soll als Forum für den fächerübergreifenden wissenschaftlichen Austausch von Forschungsergebnissen dienen und die Zusammenarbeit der in Forschung und Anwendung tätigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fördern. Dies geschieht insbesondere durch die regelmäßige Veranstaltung von Konferenzen, durch Öffentlichkeitsarbeit und durch die Vergabe von Forschungspreisen.

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news-10398 Wed, 29 May 2019 13:40:48 +0200 DFG-Projekt: Meta-Oberflächen für die Veränderung von Lichteigenschaften https://nw.uni-paderborn.de/nachricht/news/dfg-projekt-meta-oberflaechen-fuer-die-veraenderung-von-lichteigenschaften-1/ Universität Paderborn und Beijing Institute of Technology kooperieren Universität Paderborn und Beijing Institute of Technology kooperieren

Verschlüsselte Kommunikation durch die Manipulation von Licht: Neuste Erkenntnisse auf dem Gebiet der Photonikforschung sollen das bald möglich machen. Um optische Eigenschaften – also die Ausbreitung und Übertragung des Lichts – gezielt zu verändern, sollen künftig sogenannte Meta-Oberflächen zum Einsatz kommen. Das sind künstliche Bauelemente, die die Eigenschaften von Lichtwellen beeinflussen können. Allerdings sind diese Materialien für einen industriellen und effizienten Einsatz bisher nicht ausreichend erforscht worden. Um das zu ändern, untersuchen Wissenschaftler der Universität Paderborn und des Beijing Institute of Technology, China, jetzt in einem gemeinsamen Forschungsprojekt, wie deren Effizienz verbessert werden kann. Darüber hinaus wollen die Physikerinnen und Physiker Oberflächen mit Nanostrukturen entwickeln, die gleich mehrere Eigenschaften des Lichts manipulieren können. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die National Science Foundation of China (NSFC) unterstützen das auf zunächst drei Jahre ausgelegte Vorhaben mit rund 500.000 Euro.

Licht als Informationsträger

„Um im Rahmen der Quantenkommunikation die mittels Licht transportierten Daten abhörsicher zu machen und kodieren zu können, müssen die Eigenschaften des Lichts, das dabei verwendet wird, manipuliert werden. Dafür werden häufig traditionelle optische Bauelemente zusammen mit optoelektronischen Strahlformern eingesetzt, bei denen es um die Wechselwirkung von Licht mit Materie geht – ähnlich eines modernen Chips bei Digitalkameras. Diese Elemente sind allerdings nicht nur teuer, sondern auch groß“, erklärt Projektleiter Prof. Dr. Thomas Zentgraf vom Department Physik.

Sogenannte Metamaterialen, deren Oberflächen z. B. aus nanoskopischen Strukturen bestehen, ermöglichen diese Manipulation bereits in sehr dünnen Schichten. „Sie bestehen aus künstlich hergestellten Strukturen, deren optische, magnetische oder elektrische Eigenschaften in der Natur nicht vorkommen. Ihr Vorteil ist, dass sie Strahlung brechen und sogar ändern können“, so Zentgraf.

Nanostrukturierung zur Beeinflussung nichtlinearer Eigenschaften

Durch den Einsatz von moderner Nanotechnologie können Materialien fast bis auf atomarer Ebene strukturiert werden. Das wiederum macht sie zu synthetischen Metamaterialien, mit denen Lichtstrahlen auf kleinstem Raum geformt oder Frequenzen umgewandelt werden können. Mithilfe der Nanostrukturierung können inzwischen selbst nichtlineare Eigenschaften gezielt beeinflusst werden, was bislang mit traditionellen Ansätzen kaum möglich war. Dazu Zentgraf: „Nichtlineare Effekte treten dann auf, wenn äußere Elektronen intensiv ins Schwingen geraten. Dadurch können neue Frequenzen erreicht werden, ohne die eine gezielte Manipulation nicht möglich wäre.“

Zur Erhöhung der Funktionalität optischer Meta-Oberflächen untersuchen die Wissenschaftler jetzt das Problem der gleichzeitigen Modifikation von mehreren Strahlenparametern. Damit gemeint sind z. B. Änderungen der Polarisation (Schwingungsrichtung), Phase (Schwingungszustand) oder Amplitude (Schwingungsweite) einer Welle. Diese Parameter, die für die Informationscodierung und -übertragung genutzt werden können, bestimmen die Effizienz der Metamaterialien.

Die Physiker um Zentgraf planen sowohl theoretische als auch experimentelle Untersuchungen. In insgesamt vier Teilbereichen geht es u. a. um neue fundamentale Designmethoden, wie z. B. Deep Learning mittels neuronaler Netze für ein schnelleres Design, Multifunktionalität sowie die aktive Kontrolle von linearen und nichtlinear-optischen Effekten.

Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse und Kommunikation

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