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Universität Potsdam
Institut für Physik und Astronomie
Arbeit im Labor am optischen Tisch
Bild: Karla Fritze

Forschung am Institut

Forschungsschwerpunkte und Professuren

Chaotisches Muster beim Mischen von Flüsigkeiten
Bild: Arkady Pikovsky

Theoretische und Statistische Physik

Viele Phänomene in Natur, Technik und Gesellschaft zeigen ein komplexes dynamisches Verhalten, das nicht aus fundamentalen physikalischen Prinzipien ableitbar ist. Zur Beschreibung derartiger chaotischer Phänomene kombinieren unsere interdisziplinär kooperierenden Arbeitsgruppen ganz unterschiedliche Techniken unter anderen aus der Statistischen Physik, der nichtlinearen Physik und der Stochastik. Damit beschreiben wir Systeme auf sehr unterschiedlichen Zeit- und Längenskalen: von nanoskopischen Materialien (etwa Quantenpunkte oder biologische Membranen) über geophysikalische Skalen (Atmosphäre, Grundwasser) bis hin zu Systemen der Astrophysik (wie das Ringsystem des Saturn). Insbesondere befassen wir uns auch mit lebenden Systemen, von den Prozessen einer einzelenen Zelle bis hin zu menschlichen Bewegungsmustern.

Arbeitsgruppen und Professuren:

Optikexperiment unter Benutzung einer Smartphone Kamera
Bild: Andreas Borowski

Didaktik der Physik

Die fachdidaktische Forschung an der Universität Potsdam beshäftigt sich sowohl mit der Entwicklung von neuen Inhalten für den Unterricht, als auch mit empirisch-fachdidaktischer Grundlagenforschung. Bei der Entwicklung von neuen Inhalten geht es zum einen um die Entwicklung und Einbindung von Experimenten mit Smartphones in den Schul-Unterricht und in das Lehramts-Studium. Zum anderen werden neue Inhaltsfelder wie z. B. die Teilchenphysik für den Unterricht erschlossen. Im Bereich der fachdidaktischen Grundlagenforschung beschäftigen wir uns mit der Modellierung und Erfassung physikalischer Kompetenz in verschiedenen Stadien der Ausbildung an Schule und Hochschule unter besonderer Berücksichtigung der mathematischen Anforderungen in der Physik.

Arbeitsgruppen und Professuren:

Optischer Tisch
Bild: Matias Bargheer

Photonik

Der Forschungsschwerpunkt Photonik/Quantenoptik an der Universität Potsdam konzentriert sich auf Fragen zum Verständnis der Physik des Lichts und seiner Wechselwirkung mit Materie. Von besonderem Interesse sind die dabei wirksam werdenden Quanteneigenschaften: merkwürdige Phänomene mit teils überraschenden Konsequenzen, etwa in der Quanteninformation. In der Anwendung spiegelt sich das wider in der Realisierung besonderer Lichtquellen, die es erlauben bekannte physikalische Grenzen zu überwinden. Nichtlineare optische Methoden werden sowohl in der spektroskopischen Untersuchung und Charakterisierung von Stoffen als auch in der Anwendung bei der Realisierung neuartiger Lichtquellen eingesetzt. Die theoretischen und praktischen Arbeiten beziehen sich dabei auf die Bereiche ultrakalte Gase, Nano-Optik, Quanteninformationsverarbeitung, Nichtlineare Spektroskopie, auf die Lasertechnik sowie die optische Messtechnik. Im Ergebnis der Forschung finden neuartige Konzepte ihre praktische Anwendung z.B. in der Medizintechnik, Informationstechnologie, Lasertechnik sowie weiteren analytischen Verfahren für die Lebenswissenschaften.

Arbeitsgruppen und Professuren:

Nordamerikanebel
Bild: Philipp Richter

Astrophysik

Mehrere Arbeitsgruppen am Institut für Physik und Astronomie befassen sich mit astrophysikalischen Themen: In der stellaren Astrophysik liegt der Forschungs-Schwerpunkt auf dem Gebiet der massereichen Sterne und deren Sternwinde. Für die Untersuchungen mithilfe der Spektralanalyse werden Beobachtungen mit internationalen Großteleskopen durchgeführt und mit aufwendigen Computersimulationen verglichen. In der galaktischen und extragalaktischen Astrophysik geht es um die Erforschung der diffusen Gaskomponente im Universum. Mit Hilfe spektroskopischer Untersuchungen und numerischer Simulationen werden die physikalischen Bedingungen im interstellaren und intergalaktischen Medium und die Rolle dieses Gases für die Entwicklung von Galaxien untersucht. Im Bereich der Planetologie werden mit den Methoden der statistischen Physik und der Hydrodynamik die Eigenschaften planetarischer und stellarer Staubscheiben erforscht. Dabei werden auch Beobachtungsdaten aktueller Raumfahrtmissionen wissenschaftlich ausgewertet. Die Astroteilchenphysik schließlich widmet sich den teilchenphysikalischen Aspekten kosmischer Objekte. Sowohl mit theoretischen Methoden als auch mit Beobachtungsdaten werden die Herkunft der kosmischen Strahlung und die ihr zugrunde liegende Physik untersucht. Der Forschungsbereich Astrophysik am Institut zeichnet sich durch eine besonders intensive Vernetzung mit den verschiedenen außeruniversitären Instituten aus.

Arbeitsgruppen und Professuren:

Forschungsschiff "Polarstern" in arktischen Gewässern
Bild: Alfred-Wegener-Institut / Mario Hoppmann (CC-BY 4.0)

Klimaphysik

Ein grundlegendes Verständnis des Klimasystems ist gerade in Zeiten des Klimawandels von besonderer Bedeutung. Die Klimaphysik beschäftigt sich mit der Erforschung der Physik (insbesondere der Dynamik) von Atmosphäre, Ozean und Eis sowie deren Wechselwirkungen im gekoppelten Klimasystem. Zu besonderen Forschungsschwerpunkten der Klimaphysik an Potsdamer Instituten zählen die Physik der Atmosphäre in den Polarregionen, die Erforschung globaler Meeresströmungen, die Dynamik der großen Eisschilde Grönlands und der Antarktis im Hinblick auf ihren Beitrag zum Anstieg des Meeresspiegels unter globaler Erwärmung sowie die Erforschung der Klimageschichte der Erde. Neben direkten Messungen und der Analyse von Daten werden dabei vor allem auch numerische Modelle des gekoppelten Klimasystems sowie seiner Komponenten entwickelt und angewandt.

Arbeitsgruppen und Professuren:

Organische LED in Form der Initialen PwM
Bild: Frank Jaiser

Physik Weicher Materie

Die Erforschung der Struktur und der Eigenschaften weicher Materie (Soft Matter) ist eine der aktivsten Forschungsrichtungen der Physik kondensierter Materie. Diese molekularen Materialsysteme sind häufig nur durch schwache Kräfte wie z.B. van-der-Waals Wechsel­wirkungen oder Wasserstoffbrücken­bindungen gebunden. Daraus ergibt sich eine hohe Vielfalt an Strukturen, wie sie in den klassischen, kovalent gebundenen Materialien wie Metallen und anorganischen Halbleitern nicht zu finden ist. Das Verständnis von Struktur und Funktion gezielt hergestellter weicher Materie daher ist eine der zentralen Herausforderungen dieses modernen Forschungsgebietes und bildet den Schwerpunkt der Arbeiten des Forschungsschwerpunkts am Institut für Physik.

Arbeitsgruppen und Professuren:

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