Auszeichnung in Berlin

Wolfgang Hollik forscht am Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg

Herr Hollik: Worum geht es bei Ihrer Forschung?

Ich habe in meiner Doktorarbeit unter anderem die Stabilität des Vakuumzustandes in einer beliebten Erweiterung des Standardmodells untersucht. In dieser Erweiterung treten neue, schwere Partnerteilchen zu den bekannten Materie- und Wechselwirkungsteilchen des Standardmodells auf. Hierdurch kann sich der Charakter des Vakuums verändern. Ich konnte zeigen, dass Quantenkorrekturen durch die neuen Partnerteilchen so massiv das Vakuum beeinflussen können, dass Einschränkungen an die Natur dieser Teilchen gefunden werden konnten. Da wir unser Vakuum sehr genau kennen, können wir auch sehr präzise Aussagen über neue Modelle machen, die zu diesem Zustand führen sollen. In der Zeit nach meiner Doktorarbeit konnte ich unter anderem Hinweise finden, dass die supersymmetrischen Partnerteilchen hinreichend schwer sein müssen, um die beobachtete Masse des Higgsbosons mit einem stabilen Vakuum zu vereinen. Das Vakuum ist auch im Standardmodell auf kosmologischen Zeitskalen instabil. In der Erweiterung wird die Lebenszeit allerdings dramatisch verkürzt, es sei denn, die Partner sind entsprechend schwer. Diese Beobachtung deckt sich auch mit der bisherigen Nicht-Beobachtung ebendieser Partner am Large Hadron Collider in Genf.

Was waren die größten Herausforderungen in Ihrer Doktorandenzeit?

Die größte Herausforderung in meiner Zeit als Doktorand war wohl, sich nicht von der eigenen Frustration unterkriegen zu lassen. Die Dinge entwickeln sich oft anders als erwartet. Mein ursprüngliches Dissertationsprojekt war ganz anders gelagert. Ich musste aber zunächst ein kleines Detail klären. Dadurch kam ich recht weit von meinem ursprünglichen Thema ab. In diesem Detail – der Vakuumstabilität – habe ich dann schließlich mein neues Thema gefunden. Als theoretischer Physiker kommt man sich oftmals sehr einsam und verlassen vor. Besonders im Vergleich zu den experimentellen Kollegen in ihren großen Kollaborationen. Die freundliche und kollegiale Atmosphäre an meinem Institut hat mir aber auch hierüber hinweg geholfen.

Was sind Ihre Pläne für die Zukunft?

Zu den wichtigsten Dingen, die ich jenseits der Physik gelernt habe, zählt die Erkenntnis, dass wissenschaftliche Karrieren nicht planbar sind. Die Grundfragen unserer Existenz zu klären oder zumindest einen Beitrag zu leisten, bleibt mein Ziel. Für meine erste Postdoktorandenphase bin ich für zwei Jahre am Deutschen Elektronen-Synchroton (DESY) in Hamburg untergekommen. Die weitere Zukunft ist noch völlig unklar. In den klassischen Berufen theoretischer Physiker in der freien Wirtschaft sehe ich mich allerdings nicht.

Torsten Rieger forscht an Forschungszentrum Jülich (FZJ)

Herr Rieger: Worum geht es bei Ihrer Forschung?

In meiner Doktorarbeit habe ich mich mit der Herstellung von Halbleiter-Nanodrähten, also Strukturen die nur wenige Nanometer dick, aber Mikrometer lang sind, in einer Ultrahochvakuumanlage beschäftigt. Nanodrähte bieten ein weites Anwendungsfeld von effizienten Solarzellen durch das große Oberflächen/Volumen-Verhältnis zu Feldeffekttransistoren und neuartigen, stromsparenden Bauelementen durch die verwendeten Materialien und einer geschickten Materialkombination. Der Fokus meiner Arbeit lag auf der Herstellung solcher Nanodrähte in hochreiner Form, also ohne Fremdatome als Katalysatoren. Nanodrähte zeigen häufig andere Kristallstrukturen und damit auch andere physikalische Eigenschaften als massive Halbleiter. Heterostrukturen hingegen können Defekte erzeugen, deren Anzahl von den Dimensionen der Nanodrähten abhängen. Sowohl eine Kontrolle der Kristallstruktur durch die Wachstumsparameter als auch die Herstellung von Nanodraht-Heterostrukturen in unterschiedlichen Geometrien und mit unterschiedlichen Halbleitern konnten in der Arbeit realisiert werden. An diesen wurden und werden auch weiterhin von Kollegen Magnetotransportmessungen bei tiefen Temperaturen durchgeführt, um die Transporteigenschaften zu bestimmen.

Was waren die größten Herausforderungen in Ihrer Doktorandenzeit?

Die Herstellung von Nanodrähten und Nanodraht-Heterostrukturen unterscheidet sich fundamental von planaren Schichten, dadurch konnten Parameter aus der Literatur typischerweise nicht übernommen werden, sondern sie mussten von Grund auf neu ermittelt werden. Zudem ist die Analyse solcher Nanodrähte recht kompliziert, da nur wenige Methoden die gewünschten Informationen liefern und so das Maximum aus diesen Methoden herausgeholt werden muss. Das waren mit Sicherheit die größten methodischen Herausforderungen. Eine organisatorische Herausforderung hat sich dadurch ergeben, dass mein Betreuer für eine lange Zeit ausgefallen ist. Dadurch sind die regelmäßigen Diskussionen weggefallen und ich musste noch deutlich eigenständiger arbeiten. Mittlerweile ist er wieder voll einsetzbar. Für die persönliche Entwicklung war diese Eigenständigkeit natürlich hilfreich, eigene Ideen konnten erfolgreich umgesetzt und Bachelor- und Masterstudenten betreut werden. Das hat mir aber auch gezeigt, welche Arbeit hinter der Betreuung von Studenten und der Entwicklung von Ideen steckt.  

Was sind Ihre Pläne für die Zukunft?

Mein Vertrag in Jülich läuft noch bis Ende Juni 2017, die Möglichkeit zur Verlängerung besteht. Die Arbeit ist spannend; bei dem neuen Thema lerne ich jeden Tag dazu, kriege aber auch direkt Messungen an „meinen“ Nanodrähten mit und kann meine Erfahrung mit den nachfolgenden Studenten teilen. Was danach kommen soll, weiß ich noch nicht: sowohl die weitere Arbeit in der Wissenschaft als auch in der Industrie haben ihren Reiz.

Tobias Vogt forscht an Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)

Herr Vogt: Worum geht es bei Ihrer Forschung?

Ich untersuche Strömungsphänomene mit einem magnetohydrodynamischen Ansatz. Als Untersuchungsobjekt kommt bei meinen Experimenten eine bei Raumtemperatur flüssige Metalllegierung zum Einsatz. Aufgrund der guten elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigmetallen lassen sich darin berührungslos Volumenkräfte mithilfe elektromagnetischer Felder erzeugen. Während meiner Promotion habe ich auf diese Weise Phänomene wie die Entstehung Tornado-ähnlicher Wirbel oder die Dynamik von Inertialwellen untersucht. Letztere treten aufgrund der Erdrotation in der Atmosphäre, den Ozeanen und im flüssigen Erdkern auf. Neben solch grundlegenden Fragestellungen habe ich mich auch der Effizienz blasengetriebener Mischprozesse beim Stahlrecycling gewidmet. Durch den Einsatz rotierender Magnetfelder konnten in Modellversuchen intensive und periodische Strömungsmuster identifiziert werden. Diese Muster haben das Potenzial, die Prozessdauer und somit den Verbrauch teurer Prozessgase signifikant zu reduzieren.  

Was waren die größten Herausforderungen in Ihrer Doktorandenzeit?

Neben einigen technischen Details war das Publizieren der Ergebnisse mitunter recht herausfordernd. 

Was sind Ihre Pläne für die Zukunft?

Anfang nächsten Jahres möchte ich gern mit meiner Familie für einige Zeit nach Los Angeles gehen. Mit Kollegen von der UCLA planen wir derzeit ein Experiment zu einer thermisch getriebenen Flüssigmetall Strömung. Bei dem geplanten Experiment kann auch der Einfluss von Magnetfeldern und der Einfluss von Rotation auf die thermische Konvektionsströmung untersucht werden. Damit wollen wir die Wechselwirkung der verschiedenen Kräfte und deren Einfluss auf die Strömungsdynamik im flüssigen Erdkern erforschen.