KVANT

Kigger man på Månen lige efter Nymåne kan man se den mørke side - den der er oplyst af 'Jordskin'. Måler man intensiteten af jordskinnet kan man lære noget om Jordens reflektionsevne, eller albedo. Viden om albedo kan udnyttes i klimaforskning. Teknikken bag observation af jordskin beskrives i et nyt projekt som forskere ved DMI og Lunds Observatorium er i gang med.

Kosmiske partikler med meget høj energi rammer Jorden hele tiden. De højeste energier, der er målt, er over 10²⁰ eV, og det har i mange år været et mysterium, hvad kilden til disse partikler er. Under 10¹⁸ eV kommer partiklerne formentlig fra supernovarester i vores egen galakse, mens partikler med højere energi kommer fra ekstragalaktiske kilder. Nye resultater fra Pierre Auger eksperimentet viser, at partikler med meget høj energi med stor sandsynlighed kommer fra aktive galakser.

Er du nogensinde blevet ramt af en partikel fra oven? Selvfølgelig er du det! Kosmiske partikler regner ned over Jorden hvert sekund, og fysikere har i årevis kæmpet med at forklare hvor de kom fra og hvorfor nogle af dem synes at have energier der overstiger hvad der er teoretisk muligt. Mange modeller har været foreslået, og nu lader det endelig til at nogle af svarene er inde for rækkevidde.

Den kosmiske forbindelse til engagerende undervisning: Bring forskningen ind i klasseværelset! Dette er netop idéen bag DUKS projektet, der har som vision at knytte de danske gymnasier sammen i et netværk, som kan bringe forskningen ind i gymnasiet. Selve DUKS projektet søger at opbygge og operere forskellige målestationer til måling af ``extended airshowers'', dvs. byger af partikler stammende fra meget højenergetiske partikler fra det ydre rum, med henblik på senere at kunne skabe et dansk ``ground array'' gennem udvidelse til hvert eneste interesserede gymnasium.

Jagten på mørkt stof drejer sig om et af de mest fundamentale spørgsmål i astrofysikken. De mørke partikler er stadig ikke observeret eksperimentelt, men i mere end 10 år har man ledt efter dem i 1100 meters dybde i en mine i Boulby i det nordøstlige England.

Nye ⁶⁰Fe-⁶⁰Ni-isotop målinger i meteoritter viser, at asteroider der dannedes mere end 2 millioner år efter Solsystemets opståen indeholdt den kortlivede radioaktive isotop ⁶⁰Fe. Ældre asteroider indeholder derimod ingen spor efter denne isotop som produceres i særlige supernova miljøer. De nye resultater viser, at Solsystemet sandsynligvis dannedes i umiddelbar nærhed af én eller flere meget massive stjerner, muligvis i et miljø meget lig det man finder i Orion- eller Ørnetågerne.

En elev spurgte i en fysiktime om mørket også havde en hastighed ligesom lyset? Har mørket samme hastighed eller kan det bevæge sig hurtigere end lyset? To lærere giver hver sit bud og en professor i fysik svarer.

I artiklen vises, at Bohms teori for en fri partikel medfører, at partiklen kan overføre impuls til sig selv via det såkaldte kvantepotentiale. Da Bohm teorien således bryder med princippet om impulsbevarelse, er det tvivlsomt, om den kan levere en grundlæggende fortolkning af kvantemekanikken.

Neutroner er neutrale partikler, som sammen med protoner og elektroner udgør atomernes grundlæggende byggestene. Deres egenskaber gør dem velegnede til undersøgelser af faste stoffers strukturelle og fysiske egenskaber. I denne artikel redegøres for neutroners egenskaber til spredningsforsøg, herunder deres fordele og ulemper i forhold til røntgenspredning. Vi giver en historisk gennemgang af den danske og internationale udvikling som oplæg til de efterfølgende artikler i dette nummer af KVANT.

Mange forskere har i de seneste år undersøgt egenskaber af materialer på nanometer-skala med forskelllige eksperimentelle teknikker. I denne artikel vil vi præsentere nogle af de svar vi har fået ved at "spørge" magnetiske nanopartikler om deres egenskaber med neutronspredning.

Portland cement bruges i vid udstrækning i bygningsindustrien. Cementers egenskaber er stærkt afhængige af detaljer i deres sammensætning og reaktion med vand. I denne artikel beskrives, hvordan neutronspredning er blevet brugt til at belyse nogle problemer af stor teknisk relevans for et produkt, der produceres og benyttes i praksis. Undersøgelserne viser, hvorledes man, ved at kombinere neutron- og røntgen diffraktion og anvende substitution af brint med deuterium, kan bestemme atomernes positioner i dette komplicerede materiale.

Termoelektriske materialer kan konvertere varme til elektrisk strøm uden at forurene. Modsat bevirker en strøm gennem et termoelektrisk modul en nedkøling af modulets ene ende. Modulerne har ingen bevægelige dele, er miniaturiserbare og ekstremt pålidelige i drift. Et kernepunkt i forbedringen af termoelektriske materialer er at minimere varmestrømmen - her kan gæsteatomer i en åben værtstruktur gøre en kæmpe forskel.

Superledning er et fascinerende fænomen, hvor et materiale pludseligt mister al elektrisk modstand. De mest spektakulære materialer er høj-temperatur superlederne, som egentlig burde være magnetiske isolatorer. Tusindvis af forskere har i de seneste to årtier forsøgt at aflure disse stoffer deres hemmelighed, men problemet er stadig langt fra løst. Vi vil her fortælle lidt om, hvad man ved og ikke ved om disse gådefulde materialer; især hvad eksperimenter med neutronspredning kan fortælle om sammenhængen mellem magnetisme og superledning.

De skabninger, der bebor de dybe verdenshave, er væsensforskellige fra dem fiskehandleren sælger. De ekstreme betingelser, der hersker i 10 kilometers dybde kræver andre overlevelsesstrategier, end dem de lettere tilgængelige overfladefisk anvender. Inden for magnetisme kan ekstreme betingelser - nærmere beskrevet nedenfor - tilsvarende give anledning til fænomener, der adskiller sig kraftigt fra den klassiske ferromagnetisme, der blandt andet tillader os at sætte huskesedlen fast på køleskabsdøren. Man taler løst om kvantemagnetisme. I denne artikel vil vi kort introducere nogle af de fisk, man kan fange, hvis man smider fiskesnøren i det kvantemagnetiske hav.

Et fundamentalt spørgsmål er, hvordan periodiske gitre påvirkes af punkt-uorden, og vortexgitteret i superledere er et interessant modelsystem, da gitteret består af rørformede superstrømhvirvler, som man kan ændre tætheden af ved at ændre det påtrykte magnetfelt. Urenheder eller defekter i en superlederkrystal har tendens til at uordne vortexgitteret. Vi vil her illustrere hvordan det medfører forskellige glasfaser, som kan studeres med småvinkelneutronspredning. Fastholdelse af vortexgitteret på defekter har stor teknologisk betydning, da vortexlinier ellers bevæger sig under påvirkning af en strøm og giver anledning til tab, hvormed superlederen får en endelig elektrisk modstand. En teoretisk forudsigelse af, at den spredte neutron intensitet i Bragg glasfasen skal aftage, som en potensfunktion med afvigelsen fra optimal spredningsbetingelse, er blevet bekræftet eksperimentelt.

Polymerer består af lange, kædeformede molekyler opbygget af et stort antal mindre molekyler, monomerer. Polymerer kan fremstilles, så de spontant selv-organiserer i domæner, der danner ordnede krystal-lignende strukturer med gitterlængde i nanometer-området. Småvinkel neutronspredning er blandt de væsentligste teknikker, som anvendes til at studere og forstå disse materialer.

Småvinkelspredning af røntgen- (SAXS) og neutronstråling (SANS) er blandt de væsentligste teknikker til eksperimentelle strukturelle studier af bløde materialer, såsom polymerer, biomolekyler og kolloider. De typiske dimensioner, som kan undersøges med SAXS og SANS er fra 10 til 1000 Å, det vil sige indenfor nanometer skalaområdet. SAXS og SANS kan derimod ikke give information på atomar længdeskala.

Hvis medicin kunne indgives kontrolleret i de organer, hvor der er brug for den, og på en måde så den ikke samtidig bliver spredt ud i de raske organer, ville det være muligt at behandle en lang række sygdomme bedre og med færre bivirkninger. Der eksisterer f.eks. adskillige cellegifte, som har stort potentiale i forhold til kræftbehandling, men som man ikke tør bruge i praksis, fordi de har for store bivirkninger i de raske organer. Der forskes derfor intensivt i såkaldte "drug delivery" systemer. Det ideelle drug delivery system kan for eksempel være en lille kapsel, der holder medicinen indkapslet, så længe kapslen bevæger sig rundt i blodbanerne, og først lukker medicinen ud når den er kommet hen til den del af kroppen, hvor den skal virke. Denne artikel beskriver, hvordan en kombination af neutron- og røntgenstråling kan benyttes, når sådanne partikler skal udvikles.

"Olie er vandafvisende": de farverige overflader på vandpytter, giver synligt bevis for dette dagligdags fænomen. På samme måde kan stråler af neutroner, i stedet for lysstråler, bruges til at undersøge egenskaberne af meget tynde overfladelag. I det følgende vil vi fortælle om princippet ved neutronrefleksioner, og give eksempler på deres anvendelse.

Mit formål med artikelserien om breddeopgaver er - udover at gøre opmærksom på RUCs fysikuddannelse - dobbelt: Dels udvælger jeg opgaverne, så de kan have interesse som fysikproblemer i egen ret. Dels udvælger jeg dem med henblik på at kunne knytte didaktiske overvejelser til dem af interesse for fysikundervisere. I første omgang i forhold til universitetsundervisning. Men i anden omgang kunne der måske også trækkes paralleller til andre undervisningsniveauer.

Fysikkens paradokser har altid tjent som godt pædagogisk hjælpemiddel. De sætter tingene på spidsen og demonstrerer, at der er noget man endnu ikke har forstået. Derved tvinger de en til dybere overvejelser og kan inspire til ny forskning. De følgende eksempler har været brugt i foredrag i UNF.

En "tippetop" er en lille snurretop, der først snurrer rundt som en normal snurretop for derefter automatisk at hoppe op og snurre på håndtaget ("stilken"). Beskrivelsen giver en kort teoretisk introduktion samt et større historisk overblik. Artiklen er redigeret fra en artikel på www.fysikbasen.dk.

Grundstoffernes dannelse i den såkaldte kernesyntese er et område af astrofysik som har fejret mange triumfer i sidste århundrede. Man har nu et klart billede af hvor og hvordan hovedparten af de naturlige isotoper skabes. Dog er der nogen meget lidt forekommende protonrige kerner som hidtil har voldt forskerne problemer. Her vil vi beskrive en ny proces, hvor neutrinoer i stjerner faktisk kan forklare forekomsten af nogle af de sjældneste grundstoffer i Naturen.

Efter næsten 10 års byggeri er CERNs nye superledende proton-accelerator Large Hadron Collider (LHC) færdigbygget og ved at blive startet op. LHC bliver menneskehedens hidtil mest komplicerede fysikeksperiment. Partikelfysikerne holder vejret indtil de første protoner er blevet sendt rundt i den 27 km lange tunnel. Derefter kan eksperimenterne begynde. I denne artikel ser vi på LHC i overblik, mens specialartikler af forskere senere på året vil give indblik i forskellige aspekter af eksperimenterne ved LHC.

Hovedpunkter af lavtemperaturfysikkens historie gennemgås, med særlig vægt på den første begyndelse og på de eksperimentelle sider.

En gas af atomer, der køles ned til næsten det absolutte nulpunkt opnår helt specielle kvanteegenskaber afhængig af atomernes spin (angulære moment). Atomer med heltalligt spin, såkaldte bosoner, vil ved meget lave temperaturer, typisk nogle få hundrede nanokelvin, smelte sammen til en ny tilstandsform man kalder et Bose-Einstein-Kondensat (BEC). I denne tilstandsform træder atomernes bølgenatur i karakter og giver forskere helt nye værktøjer til studier af kvantefænomener relateret til mange forskellige grene af fysikken.

Kan man forestille sig et fast stof, der er så flygtigt, at det ikke findes i selv de koldeste interstellare, tætte skyer? Et stof, der kun kan eksistere i vakuum ved nogle få grader kelvin, og som alligevel skydes ind i de varmeste eksperimenter i fusionsenergi, og et stof, der kan bringe store accelerator eksperimenter i katastrofale vanskeligheder?

Vandrensning og specielt fremstillingen af ultrarent vand er et hastigt voksende område af forskningen indenfor miljøvenlig og bæredygtig udvikling. Den kombinerede effekt af svindende drikkevandsressourcer og et stærkt stigende behov for ultrarent vand til fremstilling af nanoteknologiske produkter gør at vi står overfor store teknologiske udfordringer i produktionen af rent vand på en så effektiv og energibesparende måde som muligt. Imidlertid har naturen selv et elegant bud på hvordan vand renses effektivt. Her belyses hvordan vi kan lade os inspirere af naturens vandrensning til at udvikle en ny og mere effektiv vandrensningsteknologi.

Efter en 15 år lang design- og konstruktionsperiode står LHC-acceleratoren dette efterår endelig over for sin "jomfrurejse". I artiklen gennemgås argumenterne, der ledte frem til LHC, og acceleratorens vigtigste egenskaber.

I disse dage accelereres de første protoner i Large Hadron Collider (LHC) ved det europæiske forskningscenter CERN ved Geneve. Som beskrevet i den første artikel i dette blad er LHC en cirkulær accelerator med en omkreds på 27 km placeret i en tunnel 100 m under Jordens overflade. Acceleratoren er i stand til at forsyne protoner med en rekordhøj energi på 7 TeV (teraelektronvolt = 10^12 eV) inden de to modsat rettede stråler bringes til kollision på udvalgte positioner langs ringen. Omkring disse punkter er der bygget detektorer, hvis formål er at måle hvad der skete under kollisionen - denne artikel handler om ét af disse eksperimenter: ATLAS eksperimentet [1].

Eksperimenter har vist at atomer i sig selv ikke er fundamentale, men består af elektroner, protoner og neutroner. Så vidt vides er elektronen fundamental, hvorimod protoner og neutroner er opbygget af kvarker. Udover de byggesten der er nødvendige for at opbygge atomer - og dermed alt stoffet omkring os - findes der også andre fundamentale partikler. Denne artikel opsummerer de fundamentale partikler vi kender til idag og kræfterne der virker imellem dem.

At studere de allermindste partikler hænger nøje sammen med at forstå det allerstørste, nemlig vores univers. Men i vores forståelse af Universet på denne allermest fundamentale skala mangler der stadig en meget vigtig brik i puslespillet. De kommende detektor-eksperimenter ved LHC vil forhåbentligt kaste det endelige lys over denne del af teorien der knytter sig til gåden om hvorfor partikler har masse.

Idéen om ekstra dimensioner ud over vores, fra dagligdagen, velkendte fire dimensioner, har eksisteret i ca. 90 år. Muligheden for små ekstra dimensioner, hvor Universet er fanget på en firedimensional membran, kan forklare hvorfor tyngdekraften er så svag på partikelniveau. Med opstarten af verdens kraftigste supermikroskop - Large Hadron Collider - kan eftersøgningen af små ekstra dimensioner begynde.

Supersymmetri er en af de mest lovende udvidelser til partikelfysikkens Standardmodel. Den løser mange teoretiske problemer omkring modellen; hvordan holdes Higgsmassen nede? Lader det sig gøre at opskrive Standardmodellens naturkræfter som forskellige manifestationer af én kraft? Supersymmetri kan også på naturlig vis forklare tilstedeværelsen af det såkaldte mørke stof i Universet. I år når ATLAS-eksperimentet starter ved Large Hadron Collider på CERN, får vi bedre muligheder end nogensinde før for at undersøge om supersymmetri er en del af naturen.

Behandlingen af data fra LHC kræver et verdensomspændende netværk af computere. I denne artikel gennemgås nogle af udfordringerne ved konstruktionen og brugen af dette.

Sorte huller er en af de mest spektakulære forudsigelser af Einsteins Almene Relativitetsteori. Deres eksistens udfordrer de fundamentale begreber i fysikken så en forståelse af deres egenskaber er afgørende i vores søgen efter de fundamentale naturlove, specielt for en kvantisering af tyngdekraften. Strengteori, som er et af de mest lovende bud på en teori for de fundamentale naturlove, antager at der er flere rumlige dimensioner end de sædvanlige tre. Man kan derfor spørge, hvilke konsekvenser disse ekstra dimensioner har for sorte hullers fysik. I de sidste syv år har der været mange nye opdagelser, som tilsammen peger på, at sorte huller i ekstra dimensioner har nye og overraskende egenskaber, og at der er et ekstremt rigt landskab af mulige sorte huller.

En række nylige artikler i KVANT har beskrevet CERNs Large Hadron Collider (LHC). Det er den nyeste "energifront" i udforskningen af universets elementære bestanddele. Vor viden om disse ting vil altid være begrænset af energien af de elementære prober, som bruges til at undersøge stoffet. Hvis man leder efter en ny elementær partikel med høj masse, så skal man bruge høj energi til at skabe den i laboratoriet, og hvis man leder efter meget små bestanddele af stoffet, så skal man bruge en meget lille bølgelængde, dvs igen en meget høj energi. Partikelfysik er således totalt afhængig af stadigt at kunne skubbe energifronten længere ud ved hjælp af partikel-acceleratorer. Med LHC åbnes store muligheder for opdagelser i et nyt energiområde.

Fra den yngre stenalder findes der ofte lerkar med brændte madrester i udgravninger i Danmark og det nordlige Tyskland. Når man vil datere dem med kulstof-14 metoden, er der en mulig fejlkilde. Fisk, som kommer fra en å med hårdt vand, indeholder "gammelt" kulstof, så man får en forkert, for høj alder ved dateringen af fisken. Det samme problem kan opstå ved dateringen af madskorper på lerkar, hvis fisk har været kogt i dem. Jeg kigger nærmere på fastbrændingsprocessen og prøver at finde ud af, om den ældste keramik fra Schleswig-Holstein virkelig er så gammel.

I computersimuleringer af en række simple væsker har det for nyligt vist sig, at tryk og energi korrelerer meget stærkt i deres fluktuationer i termisk ligevægt. Artiklen fortæller kort om denne opdagelse og dens konsekvenser.

Udmåling af geometrier og dimensioner i nanometerskala er ikke noget nyt for det danske nationale metrologiinstitut Dansk Fundamental Metrologi (DFM). Størrelser som liniebredde, stephøjde og gitterperioder måles med et metrologisk Atomic Force Mikroskop med nanometer nøjagtighed. Nu er der kommet et nyt Optisk Diffraktions Mikroskop ind i instrumentparken, udviklet og patenteret på DFM. Takket være dens optiske arbejdsmåde kan man også udmåle strukturer som er indlejret i for eksempel et beskyttelseslag.

I år 1609 anvendte Galileo Galilei for første gang det nyligt opfundne teleskop til astronomiske observationer. I løbet af nogle få år opdagede han bl.a. eksistensen af måner omkring Jupiter, kratere på Månen, pletter på Solen og faser på Venus. I anledning af 400-året for Galileos banebrydende arbejde søger vi igennem projekt "Børn af Galileo" at give børn i folkeskolen en lignende oplevelse: at bygge sit eget teleskop og se verdensrummet for første gang.

De mest præcise målinger i fysikken laves i dag ved hjælp af atomure, hvor man kan undersøge atomers energistruktur i et meget kontrolleret miljø. De bedste af disse ure har i dag en nøjagtighed på 16 betydende cifre eller bedre, hvilket svarer til et ur der taber et sekund på omkring 300 millioner år. Igennem fysikkens historie har præcise målinger af atomer været vigtige for udviklingen af nye teorier og test af de eksisterende. Et klassisk eksempel er målinger af brints energistruktur og deres betydning for Bohrs udvikling af sin atommodel. I denne artikel vil vi beskrive hvordan atomure virker ved at fokusere på nogen af de tekniske fremskridt der er sket de sidste 10-20 år i dette felt. Desuden vil vi med nogle eksempler illustrere hvilke muligheder atomures utrolige nøjagtighed giver.

Farvestofsolcellen, kendt som Dye-sensitized Solar Cell, DSC, er en relativ ny type solcelle, der kan fremstilles af billige materialer, og som på nuværende tidspunkt yder en effektivitet på 11 % i laboratorieforsøg [1]. Farvestof solcellen blev udviklet af B. O'Reagan og M. Grätzel og blev beskrevet for første gang i 1991 i tidsskriftet Nature [2]. Siden da har adskillige forskere og udviklere arbejdet intenst for at opnå en dybdegående forståelse af virkemåden af denne moderne solcelle. I denne artikel skal vi se lidt på hvad farvestofsolceller kan bruges til, og vi skal se på hvordan man kan modellere solceller ved ækvivalente elektriske kredsløb.

Traditionelt er partikelteorier og strengteorier blevet opfattet som konkurrerende teorier. Ny forskning har imidlertid vist, at simple kvantemekaniske systemer, kaldet spinkæder, kan udgøre bindeledet mellem de to typer af teorier. Som konsekvens heraf må vi nu forstå partikel- og strengteorier som komplementære, sameksisterende teorier.

Fra renæssancen udvikler den europæiske musik sig fra at være udpræget melodisk i sin karakter til at benytte harmoniske virkemidler. Flerstemmighed og treklange med tertser træder ind og afløser middelalderens kvinter og kvarter. Dette går hånd i hånd med indførelse af nye stemninger for keyboardinstrumenter. Middeltonestemning afløser pytagoræisk stemning, og herved tilgodeses en forskønnelse af durtreklange. Antallet af tonearter og akkorder er dog begrænset til det halve af det, vi råder over i dag. Senere i barokken går man over til klassiske, veltempererede stemninger, som tillader brug af alle tonearter. Indbyrdes er disse klassiske tempereringer ret beslægtede. Til gengæld adskiller de sig væsentligt fra den moderne, ligesvævende temperering. Anvendelsen af de klassiske tempereringer strækker sig helt frem til omkring år 1900, hvor den moderne, ligesvævende stemning bliver standard. En forståelse af de klassiske tempereringers fælles karaktertræk kan give ny forståelse af den klassiske musiks virkemidler og følelsesmæssige tilknytning til tonearter.

2010 er 50-året for den første laser. Vi giver i denne artikel en gennemgang af de forskellige typer gule lasere og deres brug. Desuden gives som eksempel en beskrivelse af et kompakt gult lasermodul udviklet i Danmark, baseret på sumfrekvensgenerering.

I fortsættelse af 'Den gode stemning I' fra KVANT, december 2009, gennemgås træk af ørets fysik og sammenhængen med vores opfattelse af toner og harmonier. Musikalitet beror bl.a. på ørets evne til at Fourieropløse klange, men ny indsigt kan også opnås gennem forståelsen af den harmoniske forvrængning, som finder sted i mellemøret. Dette vil jeg underbygge med beskrivelser af simple, mindre kendte forsøg, der er lette at udføre.

Magnetiske materialer har på adskillige måder spillet en afgørende rolle for udviklingen af vores civilisation. I århundreder var kompasset en vigtig forudsætning for udforskningen af jordkloden, og H.C. Ørsteds opdagelse af elektromagnetismen i 1820 dannede basis for produktion og anvendelse af elektricitet i stor skala. Båndoptageren, der blev opfundet af Valdemar Poulsen i 1900, var det første eksempel på magnetisk datalagring, og hans opfindelse blev essentiel for udviklingen af den moderne computerteknologi, som har ført til fundamentale ændringer af samfundet. Denne udvikling ville være utænkelig uden magnetiske materialer, fordi teknologien er baseret på datalagring i magnetiske nanopartikler, d.v.s. magnetiske partikler med dimensioner på nanometerskala. Magnetiske nanopartikler har desuden anvendelser i adskillige andre former for moderne teknologi, og de spiller også på flere måder en væsentlig rolle i naturen [1].

Niels Bohr var livet igennem optaget af filosofiske problemer - hvad er bevidsthed? Hvad må vi forstå ved fri vilje? Er der grænser for vores erkendelse? etc. Her fortælles der kun om, hvordan hans fysiske teorier tvang ham til at tænke om forholdet mellem beskrivelse og virkelighed på en helt ny måde i forhold til al tidligere filosofi.

Der findes mange festlige fysikforsøg, der kan udføres med simple hjælpemidler, og som kan inspirere til en diskussion om fysik. Ofte optræder der modsatrettede effekter, som skal analyseres, før man har fat i en korrekt forklaring. Læserne inviteres til at udføre det omtalte forsøg og indsende deres forklaring.

GPS er i dag meget udbredt til positionering og navigation, og langt de fleste kender det amerikanske system. EU og det europæiske rumagentur, ESA, er godt i gang med udviklingen af Galileo, et lignende europæisk system. Artiklen beskriver indledningsvis princippet for positionering med GPS. Herefter beskrives Galileo, forskelle og ligheder mellem Galileo og GPS, og afslutningsvis opridses nogle af de naturvidenskabelige forskningsområder hvor Galileo forventes at bidrage.

Artiklen beskriver en serie eksperimenter der kan udføres med den samme helium-neon laser, og som kan danne rygraden i et undervisningsforløb i laserfysik hvor teori og eksperiment er fuldt integreret.

Det tidlige univers bestod, indtil omkring en milliontedel sekund efter Big Bang, af en blanding af de partikler vi i dag anser for fundamentale: kvarkerne, og leptonerne og de kraftformidlende partikler, gluoner, fotoner, W- og Z-bosoner og gravitoner (disse sidste er dog endnu ikke påvist eksperimentelt). Omkring dette tidspunkt var Universets tæthed og temperatur faldet så meget, at de letteste kvarker kunne bindes i baryonerne tre ad gangen, og derved danne f.eks. protoner og neutroner. Siden det første mikrosekund har kvarkerne været gemt væk i kernepartiklerne.

I denne artikel vil vi give en introduktion til nogle af de væsentligste træk ved kosmologiens standardmodel -- Big Bang-teorien. Teorien beskriver egentlig kun Universets geometri og dynamik, men sammen med kvantefysikken kan stoffets strukturer forklares på mange skalaer. For at få alt til at passe, må man dog medregne en hypotetisk udvidelse i det tidlige univers, kaldet inflationen. Big Bang-teorien kan imidlertid ikke forklare selve begyndelsen.

Mørk energi er en af den moderne fysiks største mysterier. Ved at accelerere Universets udvidelse, bestemmer det Universets skæbne. Alligevel har vi ingen idé om dets natur eller identitet.

Hvorfor er vi interesserede i at forene Einsteins almene relativitetsteori, teorien for makrokosmos, og kvantemekanik, teorien for mikrokosmos? En sådan teori vil måske kunne forklare Big Bang.

Kosmologi er en udviklingsvidenskab, der rekonstruerer Universets historie fra Big Bang til den sene fremkomst af intelligent liv. Ifølge nogle fysikere er den kosmiske fremtid nok så væsentlig som fortiden, især hvis fremtidsscenarierne omfatter livets skæbne. Vil intelligent liv være en parentes i Universets historie, eller vil det fortsat eksistere i den fjerne fremtid, måske i al evighed? Et nyt og kontroversielt forskningsområde, kaldet 'fysisk eskatologi', beskæftiger sig med disse spørgsmål.

Det engelske fysiktidsskrift Philosophical Magazine indeholdt i maj 1911 en artikel om spredning af alfa- og betapartikler, hvori Rutherford argumenterede for en ny opfattelse af atomets struktur. Hans påvisning af atomkernen for 100 år siden er en milepæl i fysikkens historie, også selv om den ikke straks vakte interesse. Dette skyldtes især at elektronsystemet var uden for teoriens rækkevidde, hvorfor dens forklaringskraft var meget begrænset. Men i løbet af et par år blev der rådet bod herpå, nemlig da Rutherfords kerneatom blev til Bohr-Rutherford-atommodellen.

Vi ved alle, at en papirvifte, der viftes fra side til side, fremkalder en luftstrøm. Men hvordan dannes egentligt denne strømning? Hvordan ser den ud? Går strømningen altid 'udad' eller kan der opstå et sug? Det var spørgsmål som disse, der motiverede et eksperiment i vores laboratorium, hvor en af os (TS) lavede sit ph.d.-projekt om hvirveldannelse [1].

Nobelprisen i fysik blev i 2010 tildelt Andre Geim og Konstantin Novoselov 'for banebrydende eksperimenter med det todimensionale materiale grafén' [1]. Med fremstillingen af grafén er det for første gang og mod al forventning bevist, at todimensionale krystaller kan eksistere. Graféns egenskaber er i overensstemmelse med teoretiske forudsigelser. Opdagelsen har ført til syntetisering af andre todimensionale krystaller og til drømme om et hav af anvendelser.

Der findes mange festlige fysikforsøg, der kan udføres med simple hjælpemidler, og som kan inspirere til en diskussion om fysik. Vi modtager - meget gerne - eksempler på små festlige fysikforsøg, enten som løse idéer/beskrivelser (som vi skal redigere), helst med illustrationer, eller som forslag til færdige artikler (så vi ikke behøver at redigere).

European Spallation Source (ESS) bliver en fælles-Europæisk forskningsfacilitet til undersøgelse af materialer ved hjælp af spredning af langsomme neutroner. Den vil blive meget (10-100 gange) mere effektiv end tilsvarende anlæg i Europa, Japan (J-PARC) og USA (SNS). Den vil derfor blive verdens førende neutronfacilitet, som kan ventes brugt af 2000-4000 forskere hvert år inden for mange discipliner af teknik og naturvidenskab. En tegning af ESS faciliteten er vist på Figur 1.

Mit formål med artikelserien om breddeopgaver er - udover at gøre opmærksom på RUCs fysikuddannelse - dobbelt: Dels udvælger jeg opgaverne, så de kan have interesse som fysikproblemer i egen ret. Dels udvælger jeg dem med henblik på at kunne knytte didaktiske overvejelser til dem af interesse for fysikundervisere. I første omgang i forhold til universitetsundervisning. Men i anden omgang kunne der måske også trækkes paralleller til andre undervisningsniveauer.

I denne artikel vil vi skitsere modellering og fysik knyttet til især biomolekyler, og hvordan disse sammen kan fungere som en levende celle. Vi skal kort gennemgå nogle grundlæggende begreber i levende systemer, med fokus på hvad der gør biologiske systemer så forskellige fra de systemer man normalt undersøger i fysik.

I denne artikel diskuteres nogle grundlæggende spørgsmål, som uundgåeligt opstår i vores forsøg på at forstå, hvad liv er. Det er overraskende, at disse forsøg konfronterer os med både grundlagsproblemer i fysik og med filosofiske spørgsmål om definition af virkeligheden.

Vi vil skitsere nogle principper og resultater i et omfattende projekt, der prøver at undersøge sammenhænge mellem muligheden for liv, som vi kender det, og fysikkens naturlove, som vi kan forestille os dem.

Den menneskeskabte drivhuseffekt er i gang med at skabe mærkbare ændringer i Klodens klima, som konsekvens af den globale opvarmning. Udslippet af drivhusgasser stammer især fra afbrændingen af fossile brændsler. En vigtig del af løsningen er en omlægning til vedvarende energiressourcer kombineret med energibesparelser. Teknologierne findes, men den politiske indsats er for beskeden og for sendrægtig. Måske magter det demokratiske system ikke at træffe de nødvendige langsigtede beslutninger i tide?

Artiklen belyser nogle af de videnskabsteoretiske og filosofiske argumenter, der blev fremført i kvantekontroversen mellem David Bohm og Léon Rosenfeld i 1950’erne. Kontroversen, der var foranlediget af Bohms nye skjultvariabel- fortolkning af kvantemekanikken fra 1952, ses i sammenhæng med den politisk-ideologiske ramme, der karakteriserede den tidlige kolde krig på den yderste venstrefløj.

KVANT har ikke nogen egentlig brevkasse, og svartiden ville jo også let blive 3-4 måneder. Det skal imidlertid ikke afholde os fra lejlighedsvis at forsøge at besvare et interessant spørgsmål.

Inden i vores kroppe opererer de såkaldte molekylære motorer langt fra termodynamisk ligevægt, hvor deres opførsel på grund af deres lille størrelse ultimativt er bestemt af termiske fluktuationer. Helt ny fysik er nødvendig for i detaljer at studere energiprocesser i disse små biologiske maskiner.

Måleteknikkens udvikling har efterhånden ført til, at en del naturkonstanter nu kan måles med bedre nøjagtighed og reproducerbarhed, end de tilsvarende enheder i SI-systemet kan realiseres. I den situation vil det være formålstjenligt at omdefinere enhederne med udgangspunkt i naturkonstanterne. Det er en filosofi, der om nogle år kan ventes at føre til nye definitioner af fire af SI-systemets grundenheder: kilogram, ampère, kelvin og mol.

Higgs-bosonen er den eneste partikel forudsagt af partikelfysikkens Standardmodel, som ikke er blevet observeret eksperimentelt endnu. Det er essentielt at afgøre, hvorvidt den findes eller ej. At finde Higgs-bosonen er derfor et af de vigtigste mål for eksperimenterne ATLAS og CMS ved Large Hadron Collider (LHC) ved CERN nær Geneve.

Meget stærke elektriske felter kan opstå i film af tilsyneladende helt almindelige kemikalier såsom dinitrogenoxid og propan. Vi vil her beskrive, hvordan opdagelsen af dette uventede fænomen fandt sted, og hvordan vi forsøger at forstå egenskaberne ved denne nye klasse af spontant polariserede materialer.

Vi vil ved hjælp af et online socialt computerspil forsøge at løse en aktuel og meget resourcekrævende teknologisk udfordring - at designe verdens kraftigste kvantecomputer. I the Quantum Computer Game skal spillerne på en sjov og nem måde udforske og udvikle kvantecomputerens fulde potentiale. Vi har en forventning om, at denne form for onlineforskning, faciliteret af internettet, kan blive et vigtigt redskab for både grundvidenskabelig og anvendt forskning samt undervisning i det 21. århundrede.

'3-legeme problemet', har videnskaben døbt dét problem, der opstår, når man skal forstå dynamikken for tre gravitationelt eller elektrisk bundne objekter, der er i indbyrdes kredsløb om hinanden. Det giver typisk nogle meget kaotiske baner. Fx kan to af objekterne finde på at 'rotte sig sammen' og smide det tredje objekt ud på langfart, mens de to tilbageblevne etablerer et stabilt 2-legeme system. Men så vender det tredje objekt tilbage og laver på ny ravage. Startbetingelser, der giver stabile systemer, er svære at finde, for der er 21 parametre, der alle kan variere fra nul til uendeligt, men det ser ud til, at en genetisk algoritme kan hjælpe med til at løse problemet.

Mit formål med artikelserien om breddeopgaver er - udover at gøre opmærksom på RUCs fysikuddannelse - dobbelt: Dels udvælger jeg opgaverne, så de kan have interesse som fysikproblemer i egen ret. Dels udvælger jeg dem med henblik på at kunne knytte didaktiske overvejelser til dem af interesse for fysikundervisere. I første omgang i forhold til universitetsundervisning. Men i anden omgang kunne der måske også trækkes paralleller til andre undervisningsniveauer.

Et ofte brugt citat om tid tillægges St. Augustins 'Bekendelser' fra ca. år 400: 'Hvad er tid? Hvis ingen spørger mig om det, ved jeg det. Hvis jeg vil forklare det, ved jeg det ikke'. Dette citat illustrerer meget godt sværheden af at forklare, hvad tiden egentlig er. Vi skal i denne artikel se nærmere på, hvad tiden er i fysikken, og også diskutere forskellige slags tidsrejser. Vi vil diskutere både den slags tidsrejser, som faktisk kan lade sig gøre (for de findes faktisk!), og også den mere spekulative slags. Desuden vil vi se på konsekvenserne af tidsrejser i form af tidsparadokser, der kan opstå, hvis man ændrer fortiden.

Et af de fysiktemaer, der hyppigt optræder i science fiction film, er tidsrejser. Vi skal her se på nogle film, hvor tidsrejser spiller en væsentlig rolle, samt identificere nogle af de vigtigste paradokser.

I år er det 100 år siden, at Niels Bohr fremsatte sin atommodel. Det bliver fejret igennem året på forskellig vis med bl.a. foredrag, undervisning, bogudgivelser, konferencer og andet (se fx bagsiden af sidste nummer af KVANT). KVANT markerer - i første omgang - begivenheden med dette temanummer, med en samling artikler om 'Bohr og kvantefysik'. Der vil komme flere artikler indenfor dette tema i senere numre af KVANT.

I Niels Bohrs udvikling af kvante- og atomteorien spillede generelle principper en vigtig rolle. Fra omkring 1918 var korrespondensprincippet ledestjernen for den videre udvikling. Dette berømte princip, der var Bohrs i en næsten personlig forstand, kan forstås på flere måder. Uanset dets nuværende status, så er dets historiske betydning uomtvistelig.

Kvantemekanikken bliver hverken undfanget eller født i løbet af 9 måneder. Man kan med nogen ret sige, at det derimod skete i løbet af en lang udvikling, der startede med Thomsons opdagelse af elektronen i 1897 og sluttede med Diracs ligning og Paulings beskrivelse af den kemiske binding omkring 1930. Præcist midt i denne periode ligger Niels Bohr's afgørende kvante-baserede beskrivelse af brintatomet.

I 2012 blev nobelprisen i fysik givet for eksperimenter på enkelte atomer og fotoner. Eksperimenterne har bekræftet kvantemekanikkens helt basale forudsigelser om, hvad der sker, når man f.eks. måler på et kvantesystem. I denne artikel beskriver vi nogle af disse eksperimenter, som Niels Bohr og kredsen af fysikere bag den kvantemekaniske revolution i perioden 1900-1930 kun kunne have drømt om.

Selv om kvantemekanikken har eksisteret i mere end 60 år, er det først for ganske nylig, at nogen har tænkt på at anvende dens begrebsapparat på en øl. Det epokegørende fremskridt skete under 'The Second Annual Seminar on Beer', i Rågeleje, den 29. november 1985. Vi vil i denne artikel for første gang offentliggøre de tanker, der dengang aftegnede sig i vore omtågede hjerner. Artiklen er oprindeligt publiceret i GAMMA nr. 65, 1986.

Siden 1913, da Bohr fremlagde sin kvantemekaniske model for atomet, har fysikere diskuteret, hvordan kvantemekanikken skal fortolkes. Specielt aktive i denne diskussion var Bohr og Einstein, som havde modstridende opfattelser af, hvordan kvantemekanikken skulle forstås. Kan katte være både levende og døde på samme tid? Kan vi teleportere partikler mellem Månen og Jorden? Disse spørgsmål, og mange flere, forsøgte Bohr og Einstein at besvare, og det vil vi ligeledes i denne artikel.

Neutrinoer er de letteste partikler vi kender til, og alligevel står de bag nogle af de største mysterier i moderne fysik: Vi ved ikke hvad de vejer, og vi kan ikke rigtig blive enige om, hvor mange slags der findes.

De fleste er klar over, at guld er ædelt, og nogle er måske også klar over at dette skyldes at guldoverflader ikke indgår i kemiske reaktioner med molekyler fra luften. I denne artikel undersøger vi de kvantemekaniske årsager til dette fænomen. Det viser sig, at metallers kvantemekaniske egenskaber er utroligt svære at udregne i praksis, og derfor må vi bruge både den snedige beregningsmetode 'tæthedsfunktionalteori' (DFT) og supercomputere for at nå frem til en konklusion. partikler.

Isaac Newton er berømt for sine bidrag til fysik og matematik, men naturvidenskaben fyldte kun en mindre del af Newtons tid. Han var et rigt facetteret menneske og hans interesser omfattede især alkymi og teologi. Hans mange aktiviteter - herunder fysikken - må ses som bidrag til at begrunde det religiøse verdensbillede, som han delte med sine samtidige.

Niels Bohr spillede en afgørende rolle i etableringen af Atomenergikommissionen og Forskningscenter Risø. I et hektisk forløb fra efteråret 1954 til december 1955 blev der skabt politisk opbakning til dannelsen af en atomenergikommission med Niels Bohr som formand og til opførelsen af Forskningscenter Risø med tre forskningsreaktorer. En sammenligning med tilblivelsen af nyere forskningsfaciliteter som ESRF og ESS viser, at nutidens beslutningstagere kunne lære af den omhu, hast og effektivitet, hvormed Niels Bohr og hans samtidige byggede Risø.

2013 markerer 100 års jubileum for Niels Bohrs kvanteteori for atomet. I denne artikkelen følger vi Bohr fra han reiser til Cambridge for å studere metallenes elektronteori under ledelse av Thomson til han i mars 1913 sender første kapittel av trilogien ''On the Constitution of Atoms and Molecules'' til Rutherford for gjennomlesning. Denne artikkelen er tidligere publisert i det norske tidsskrift Fra Fysikkens Verden nr. 2, 2013.

Sidst jeg skrev en artikel om Higgs-partiklen (KVANT nr. 2, 2012) hævdede jeg, at 2012 ville blive året for Higgs. Sjældent har jeg ramt mere plet! Den 4. juli 2012, efter et ekstremt succesfuldt år med dataopsamling, kunne de to eksperimenter ved CERN, som hedder CMS og ATLAS, annoncere opdagelsen af en Higgs-lignende partikel. Dette er en af de største opdagelser i partikelfysikken i nyere tid, og dagen blev ekstra følelsesbetonet af, at professor Peter Higgs selv var tilstede i auditoriet og med sine egne øjne så præsentationen af de resultater, som han sikkert har drømt om det meste af sin karriere. Her gøres der status over, hvad vi foreløbig kan sige om den nye bosons egenskaber.

Da Niels Bohr indsendte sin historiske artikel til Philosophical Magazine i 1913 var det ikke almindeligt med anonyme bedømmelser ligesom i dag. Artiklens to forfattere har med 100 års forsinkelse læst artiklen grundigt og gennemgået Bohrs argumentation kritisk.

Temaet for dette nummer af KVANT er 'Naturvidenskab og digtekunst'. Man kan finde artikler om Inger Christensens digte og naturfilosofi, den romerske digter Lukrets' klassiske værk Om verdens natur, Tycho Brahes digtekunst samt H.C. Ørsted og H.C. Andersen og guldalderens naturfilosofi. Der er også eksempler på sangtekster fra FysikRevyen, der har fejret sit 25 års jubilæum, og til sidst et lille episk digt om Universets udvikling fra Big Bang til det undrende menneske.

Den danske digter Inger Christensen er kendt for sin optagethed af naturen. Hendes forfatterskab hviler på et natursyn, der inkluderer digtet i naturen: Digtets former er nok noget i sig selv, men de er først og fremmest naturens former. Artiklen introducerer til denne centrale tanke i Inger Christensens naturfilosofi og giver eksempler på, hvordan den udfolder sig i digtenes formsprog.

Man kommer ikke uden om den romerske digter Lukrets' læredigt 'Om verdens natur', hvis man ønsker en sammenhængende gennemgang af antikkens atomteori og det materialistiske livssyn som filosoffen Epikur afledte heraf. Her behandles mange aspekter af menneskelivet, bl.a. at mennesket ikke behøver at frygte guderne eller døden.

Tycho Brahe (1546-1601) var en mester i at iscenesætte sig selv og sin forskning, med kunst, med arkitektur og ikke mindst med sin digtning. Hans latinske digte var at finde i hans videnskabelige bøger og overalt på hans slot, Uraniborg, der var Nordeuropas førende astronomiske forskningsinstitution. Trods deres funktion som PR for forskeren og hans institution og ultimativt for hans mæcen, kongen, er digtene ofte meget personlige. Omvendt er de mere private digte fulde af naturvidenskab. Artiklen koncentrerer sig især om to eksempler, elegien om Urania fra bogen om den nye stjerne (1573) og kærlighedsdigtet 'Urania Titani', om hans søster Sophies kærlighed til alkymisten Erik Lange.

Da Georg Brandes i 1871 introducerede naturalismen i dansk åndsliv, skete det med hyppige henvisninger til moderne naturvidenskab og teknologi. Men også i den foregående Guldalder blev naturvidenskab og teknologi hyldet af mange - herunder H.C. Ørsted og H.C. Andersen, der desuden var forbundet af et varmt personligt venskab. Begge så frem til en omfattende anskuelse, der ville forbinde kunst, religion og videnskab. Den videnskabelige og filosofiske udvikling anfægtede dog til tider H.C. Andersens tro på denne optimistiske vision.

Hvis man i dag googler ordet 'atom' under kategorien billeder, vil langt størstedelen af illustrationerne vise atomet bestående af en atomkerne omkredset af elektroner i faste baner. Modellen bliver kaldt den planetariske atommodel, fordi den gengiver atomet som et lille planetsystem med en stjerne (atomkernen) i midten og en række planeter (elektronerne), der kredser omkring stjernen i faste baner. Modellen er i dag så udbredt på nettet og i lærebøger, at den bliver taget for givet. Selv om den siden udviklingen af kvantemekanikken fra 1926 og fremefter har vist sig at være et fejlagtigt billede af atomet, har den også vist sig at være særdeles levedygtig. Modellens populære levedygtighed overstiger langt dens videnskabelige anvendelighed.

Kan det moderne naturvidenskabelige verdensbillede formidles gennem poesi? I dette lille 'episke digt' fortælles om Universets udvikling fra Big Bang til dannelsen af atomer, stjerner, galakser og det undrende menneske. Naturvidenskab og poesi kan virke som modsætninger - to uforenelige beskrivelses- eller erkendelsesformer - men de kan også tilsammen skabe et frugtbart spændingsfelt, hvor de tilfører hinanden noget interessant og væsentligt.

Den 7. oktober 2013 fik den fremtrædende franske fysiker Alain Aspect overrakt Niels Bohr guldmedaljen, indstiftet af Ingeniørforeningen IDA i 1955. Niels Bohr var den første modtager og derefter blev medaljen uddelt hvert 3. år frem til 1982. IDA markerede 100-året for Bohrs atommodel med en ekstraordinær uddeling af medaljen i samarbejde med Niels Bohr Institutet og Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab.

Sidste år blev hundredeåret for Niels Bohrs atommodel markeret i både ind- og udland. På Statens Naturhistoriske Museum udskrev vi til ære for Bohr og hans atommodel en essaykonkurrence for gymnasieelever. De 283 indkomne essays udgør et tankevækkende vidnesbyrd om de tanker og følelser, som emnet “Niels Bohr” vækker i danske gymnasieelever anno 2013, og museet har derfor indgået aftale med Niels Bohr Arkivet om at overdrage elevernes essays til arkivet – og til fremtiden.

Vinder af Statens Naturhistoriske Museums essaykonkurrence for gymnasieelever 2013 om Niels Bohr.

Pitch Drop eksperimentet ved University of Queensland er noget helt særligt. Der er næsten lige så meget action som hvis man sætter sig til at se på en nymalet væg, der tørrer, og alligevel er eksperimentet svært fascinerende.

Sorte huller har normalt været anset som statiske, mens alle andre legemer i Universet roterer. Dette stemmer imidlertid ikke overens med den nylige opdagelse af et roterende sort hul i midten af galaksen NGC 1365. Hvilken effekt har rotationen af et sort hul på legemer i dets nærhed, og hvordan kan astronomer i det hele taget måle, at sorte huller roterer?

Den 29. september er der inviteret til fødselsdagsfest på det europæiske forskningscenter for partikelfysik, CERN, på grænsen mellem Schweiz og Frankrig. Organisationen bag CERN fylder 60 år. Det fejres ved at indbyde statsoverhoveder fra alle medlemslandene og ved i løbet af året at lave en række arrangementer rundt omkring i Europa. Dette nummer af KVANT er med en række artikler med relation til CERN og partikelfysik et bidrag til festen.

CERN står for Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire. Organisationen blev officielt indviet med en traktat mellem 11 europæiske lande, heriblandt Danmark, i 1954 og har således rund fødselsdag i 2014. Traktaten siger blandt andet at organisationen skal tilvejebringe europæisk samarbejde i kerneforskning af ren videnskabelig og fundamental karakter, og at forskningen skal være offentligt tilgængelig og fremme europæisk samarbejde.

Opdagelsen af Higgs-partiklen den 4. juli 2012 af ATLAS- og CMS-eksperimenterne ved CERN var den foreløbige kulmination på næsten et halvt århundredes jagt på én af de mest centrale udfordringer i vores forståelse af de fundamentale naturlove. Siden da har mere data og forbedrede analysemetoder slået fast, at det observerede signal rent faktisk ligner den Higgs-partikel, som Standardmodellen (SM) forudsagde. Til gengæld har der ikke været nogen tegn på fysik ud over Standardmodellen til trods for, at man har søgt intensivt efter tegn på ny fysik. Jagten har givet en masse udelukkede muligheder, som får én til at overveje, hvilke yderligere naturlove Universet har valgt, og om disse overhovedet kan opdages ved LHC. Men LHC-acceleratoren har foreløbig kun leveret 2 % af det forventede antal proton-kollisioner og disse ''kun'' ved halvdelen af LHCs designenergi på 14 TeV. Næste år genstarter LHC ved den dobbelte energi, og dermed fortsætter jagten på nye partikler og fænomener, som måske kan forklare hvad fx det mørke stof i Universet består af og hvorfor der er mere stof end antistof.

Der har i de seneste aa r vae ret en revolution af beregningsmetoderne for amplituder i kvantefeltteorien. Dette har gjort det praktisk muligt fra teoretisk side at matche den stro m af nye eksperimentelle data som Large Hadron Collider ved CERN har givet os. Metoderne giver også inspiration til nytae nkning og udvikling af nye fundamentale teorier.

Ét af de steder som er oplagt at besøge, når man rejser på studietur med fysik, er det europæiske partikelfysikcenter CERN, der ligger ved Geneve i Schweiz. Her berettes om to dages besøg i april 2014.

Med Large Hadron Collider har CERN et banebrydende fysik-program, der strækker sig omkring to årtier frem i tiden. Sideløbende arbejdes der med planlægning og udvikling af næste generation af acceleratorer. Opdagelsen af Higgs-bosonen har givet et nyt vigtigt pejlemærke for valg af næste acceleratorprojekt. Præcise studier af den nye partikel vil kunne afgøre dens natur og dermed muligvis afdække 'ny fysik', altså fysik hinsides partikelfysikkens Standardmodel. Meget peger på, at den næste store accelerator bliver en elektron-positron-collider. Hvor man i lang tid er gået ud fra, at dette ville blive en lineær collider, har den forholdsvis lave masse af Higgs-bosonen åbnet overvejelser om, hvorvidt en cirkulær collider ville være at foretrække.

Dansk Fysisk Selskabs årsmøde, den 22.-23. januar 2015, åbner ''Lysets år''. UNESCO vedtog i december 2013 en resolution, hvormed 2015 blev gjort til det Internationale Lysets År. Mens fysikkens år 2005 og astronomiens år 2009 begge havde stærkt fokus på det videnskabelige, har UNESCO ønsket, at lysets år også skulle have et stærkt samfundspræget islæt.

I juli 2013 var Danmark vært for den 44. Internationale Fysikolympiade (IPhO 2013), som tidligere er omtalt i KVANT (nr. 1 og 2, 2013). Her er historien om tilblivelsen og afviklingen af de teoriopgaver som skulle udfordre 374 toptrænede gymnasieelever fra 81 lande verden over.

Legestuen er en studenterforening, der indadtil fungerer som forum for fysikstuderende og udadtil som formidlere af fysik. Vi vil her fortælle om nogle af Legestuens mest spektakulære forsøg til fysikshows.

Et eksempel på ingeniørarbejdet bag sikkerhedssystemer i Large Hadron Collider (LHC) forklares; et feasibility study om måling af abort gap intensiteten med diamantdetektorer vha. interaktioner mellem neon og protonerne i LHC.

Elektronmikroskoper har hidtil været udstyr primært forbeholdt forskere. Det er slut nu. Nu får gymnasieklasser og studerende nemlig mulighed for at lave eksperimentelle øvelser med elektronmikroskoper i undervisningslaboratoriet 'Nanoteket' på DTU Fysik.

Vi vil ved hjælp af et online socialt computerspil forsøge at løse en aktuel og meget ressourcekrævende teknologisk udfordring - at designe verdens kraftigste kvantecomputer. I Quantum Moves skal spillerne på en sjov og nem måde udforske og udvikle kvantecomputerens fulde potentiale. Spillet er foreløbigt blevet spillet mere end 350.000 gange, hvilket har leveret enorme mængder af data til en grundig sammenligning af spillerenes og computeralgoritmernes effektivitet i at løse udfordringerne. Foreløbige resultater viser, at den menneskelige hjernes evne til multidimensioneel processering og intuition tillader store dele af spillerne at udkonkurrere computerne. En anden drøm i scienceathome.org projektet beskrevet i denne artikel er at levere spilbaseret undervisning på gymnasieniveau og gennem det helt nye læringsunivers, studentResearcher.org, at uddanne den almindelige befolkning til ikke bare at løse men også at foreslå nye forskningsudfordringer.

I november 1915 kunne Einstein efter mange års intenst arbejde fremlægge den endelige version af sin nye teori for tyngdekraften, der markerer et af videnskabens absolutte højdepunkter. Processen fra den specielle til den generelle teori var hård, til tider næsten en mental tortur. Lad os følge Einstein på hans rejse til den teori, der snart fylder 100 år.

Denne artikel omhandler brug af mikroprocessorer i fysikundervisningen. Den vil kort omtale mikroprocessorens kodning og herefter sensorer og deres anvendelse. Til sidst vil der blive givet lidt inspiration til brug af mikroprocessoren i undervisningen. Det er ikke selve mikroprocessoren, der vil blive omtalt i denne artikel, men mere evalueringsboardet Arduino med en mikroprocessor på.

Åbning af Lysets Internationale År 2015 den 22. januar 2015 på Danmarks Tekniske Universitet. Generelle foredrag på dansk om emner med lys: LED- og Nobelprisen, solenergi, internet, lysterapi. Dansk Fysisk Selskab åbner Lysets Internationale År ved sit årsmøde med en række internationale foredragsholdere – alt vil være på engelsk.

Nobelprisen i fysik 2014 blev givet for opfindelsen af en ny energieffektiv og miljøvenlig lyskilde - den blå lysdiode. De tre japanere Isamu Akasaki, Hiroshi Amano og Shuji Nakamura belønnes for deres forskningsmæssige gennembrud, i starten af 1990'erne, et gennembrud der muliggør det lysteknologiske paradigmeskifte, som vi, i disse år drager nytte af. LED er baseret på den blå lysdiode, og allerede nu ser vi at LED-belysning vinder hastigt frem i boligen, på kontoret og i udendørsbelysningen. LED bliver den altdominerende lysteknologi i fremtiden, og i denne artikel beskrives teknologien bag de blå lysdioder, og hvordan nobelprisvindernes forskning har revolutioneret lysvidenskaben.

Med dette nummer af Kvant tager vi hul på bladets 26. årgang og det betyder, at vi i år kan fejre Kvants 25 års jubilæum. Kvants rødder går dog meget længere tilbage, eftersom én af hovedopgaverne for bladet var at overtage den rolle ''Fysisk Tidsskrift'' havde spillet siden 1902.

Ved Large Hadron Collider på CERN er en måned om året afsat til et tungionsprogram, hvor man kolliderer store atomkerner. Målet for dette program er, at studere kvark-gluon plasma (forkortet 'QGP' efter ''Quark Gluon Plasma''), en makroskopisk ny tilstand for kvarker med stærke kollektive egenskaber. I det tidlige univers, få mikrosekunder efter Big Bang, indtraf en faseovergang, hvor kvarkerne gik fra at udgøre et QGP til at blive indespærret i protoner og neutroner (se KVANT nr. 4, 2010). Det er denne oprindelige QGP-fase vi genskaber i laboratoriet og som har vist sig at have mange overraskende egenskaber, bl.a. at den opfører sig som den mest perfekte væske vi kender til.

Dansk Fysisk Selskab åbnede Lysets Internationale År i Danmark med sit årsmøde på DTU den 22.-23. januar 2015, nøjagtigt to dage efter UNESCOs Internationale åbning af lysets år i Paris.

Omkring 1-2 % af den samlede elektriske energiforsyning i Danmark bruges til belysning af vores veje. Størstedelen af vejbelysningen udmærker sig ved at være udgjort af master, der bryder såvel indstrømmende vind som solindfald og dermed er omgivet af energi, men på nuværende tidspunkt kun formår at forbruge energi. Masternes geometri især i højden er forskelligartede, men energiforbruget i armaturet skalerer ofte med højden - hvormed den øverste del af masten får et stort relativt frigjort areal, hvilket gør dem ideelle til opsamling af vindenergi og solenergi.

Denne artikel fortæller om, hvordan Bohrs fortolkning af kvantemekanikken bygger på en pragmatisk tilgang til kvantemekanikken. Fortolkningen var i sin tid affødt af opdagelsen af virkningskvantet, Heisenbergs usikkerhedsrelationer, og Bohrs forståelse af de klassiske begrebers uundværlighed for enhver beskrivelse af de fysiske erfaringer. Siden har Bohrs fortolkning ofte været forbundet med en manglende forklaring på måleproblemet i forbindelse med bølgefunktions 'kollaps'. Imidlertid var det slet ikke Bohrs egen opfattelse. I stedet afviste Bohr, at en fysisk teori som kvantemekanikken kan forstås som en repræsentation af den fysiske virkelighed uafhængigt af den eksperimentelle opstilling og den aktuelle måling af et kvantesystem.

Vi er omgivet af netværk. Vores sociale forbindelse danner forskellige netværk: netværk af venner, kolleger, familier, eller seksuelle partnere. Vi kommunikerer via et væld af teknologiske netværk: vi kan ringe til hinanden, sende emails, skrive til hinanden via Facebook, eller sende Snaps. Infrastruktur-netværk leverer el, vand og varme til vores hjem, mens vi bevæger os på transportnetværk som fx motorveje, busser, toge, eller fly. Vores biologi er også reguleret af netværk – fx regulerer vores gener hinanden i et komplekst netværk - så når et menneske får kræft, kan det skyldes en ubalance i gen-regulations netværket. Givet den centrale rolle som netværk spiller henover hele vores verden, er forståelsen og en matematisk beskrivelse af netværk en af det 21. århundredes vigtigste intellektuelle og videnskabelige udfordringer.

Kun fire grundlæggende naturkræfter styrer alle fænomener og hændelser i Universet ifølge den gængse opfattelse af naturen. Men kan vi nu være sikre på det? Svaret er måske.

Kemi og elektronernes opførsel i molekyler fylder meget lidt i fysikstudiet og blandt fysikere. Og det til trods for, at blandt de mest aktive felter i fysikken - biofysik og kvanteelektronik - spiller molekyler en afgørende rolle. Her fortælles om nogle af de afgørende begreber i kvantekemien, som enhver fysiker uden adgang til computer bør kende til.

Med dette nummer markerer KVANT 100-året for Einsteins almene relativitetsteori. Vi bringer bl.a. artikler om tidens relative gang, kosmiske forstørrelsesglas, teoriens udvikling i perioden 1920-1970 og en artikel om tyngdekraft og kvanteteori.

Tidens gang ændres ved bevægelse og under påvirkning af tyngdekraften. Det medfører en række forunderlige fænomener. Hvis man eksempelvis sender et ur rundt om jorden i et rutefly, vil det gå langsommere i forhold til et ur, der er blevet tilbage i lufthavnen. Og Jordens centrum er et par år yngre end overfladen. Sådanne fænomener - og mange andre, der strider mod intuitionen - behandles i denne artikel, hvor Einsteins relativitetsteori er det grundlæggende tema.

Med Einsteins generelle relativitetsteori fra 1915 startede et nyt kapitel i fysikkens historie. Men allerede 10 år senere forekom det, at teorien befandt sig i et dødvande. Først i 1950'erne oplevede den noget slumrende teori en genfødsel, og siden da er dens betydning stedse vokset.

Einsteins almene relativitetsteori brød fundamentalt med Newtons teori for tyngdekraften. I Einsteins formulering giver masse anledning til krumning af rummet og rummets krumning bestemmer, hvordan partikler bevæger sig. Dette gælder også de masseløse lyspartikler, fotonerne. I anledning af 100-året for Einsteins teori og i anledning af Lysets År 2015 beskriver vi her nogle bemærkelsesværdige konsekvenser af den almene relativitetsteori for lysets passage gennem Universet og en unik test af teoriens rigtighed, som vi vil kende resultatet af omkring årsskiftet 2015/2016.

Den almene relativitetsteori kan formuleres som en effektiv feltteori. Hermed opnås en perturbativ kvantemekanisk partikelfysisk beskrivelse af tyngdekraften i princippet op til energier i nærheden af Planck-skalaen. Det giver nye muligheder for anvendelser i højenergifysikken, herunder præcise teoretiske forudsigelser af kvantegravitationelle effekter.

Begejstringen var stor blandt fysikere verden over, da det blev annonceret den 11. februar 2016 [1,2], at tyngdebølger for første gang var observeret direkte. Forskere ved det amerikanske LIGO-eksperiment (LIGO = Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) havde observeret tyngdebølger fra sammensmeltningen af to sorte huller i en fjern galakse. Nyhedsmedierne kogte over og eksperter vurderede det som en historisk opdagelse, der fortjener en nobelpris. Selvom der ikke var megen tvivl om, at tyngdebølgerne eksisterede, blev det sammenlignet med et nyt vindue til Universet, som blev åbnet. Vi vil her gennemgå lidt af historien bag tyngdebølgerne, som er forudsagt af Einsteins almene relativitetsteori, og beskrive hvordan målingen af det svage signal kunne lade sig gøre.

En af de største gåder indenfor kosmologien er bestemmelsen af det mørke stofs fordeling og natur, da det spiller en central rolle i forbindelse med strukturdannelsen i Universet, i galakser hvor det påvirker hastighedsfordelingen samt i galaksehobe, hvor alt tyder på, at galaksehobe ganske enkelt burde blive splittet ad uden mørkt stof. I denne artikel vil jeg give en kort introduktion til, hvordan gravitationelle linser kan bruges til at modellere fordelingen af stof i galaksehobe, herunder mørkt stof.

Om få måneder skal Copenhagen Suborbitals sende to raketter, Nexø I & II, til himmels. De to raketter er vores næste skridt imod målet om at sende en bemandet raket ud i rummet, og bringe astronauten sikkert tilbage igen. I processen om at sikre en sikker og behagelig landing for astronauten, arbejder vi på at udvikle et faldskærmssystem der kan gøre at landingshastigheden ikke bliver for høj, og at åbningsforløbet bliver blidest muligt. For at gøre det, skal vi kende de præcise parametre der beskriver det faldskærmssystem vi udvikler, deriblandt en parameter kaldet C_d, dragkoefficienten, for hver type faldskærm vi benytter.

Ligesom alle fysikere kender navnet Albert Einstein, kender alle matematikere navnet Emmy Noether. Men at Noether også var en stor teoretisk fysiker, kommer nok som en overraskelse for mange matematikere og en del fysikere. Amalie Emmy Noether (1882-1935) var en tysk matematiker og fysiker, som revolutionerede den matematiske disciplin algebra i sin levetid. Hun var hovedkraften bag skabelsen af den abstrakte algebra. Men nu, mange år efter hendes død, betragtes hun også blandt mange fysikere som en person, der revolutionerede fysikkens grundlag. Det er især partikelfysikere, som er blevet begejstrede over Noethers resultater.

I dette temanummer af KVANT sættes der fokus på fysikkens anvendelser i sundhedssektoren. KVANT har i samarbejde med ''Dansk Selskab for Medicinsk Fysik'' sammensat en række bidrag fra danske hospitalsfysikere, med eksempler på forskning og anvendelser samt dagbogsnotater, der tilsammen giver et indblik i dette vigtige felt.

Hvad laver en hospitalsfysiker egentlig? Kan man være nørd og arbejde i sundhedssystemet samtidig? Er det sjovt at være hospitalsfysiker? I disse 3 dagbogsartikler - skrevet af tre hospitalsfysikere med meget forskellige grenspecialer (nuklearmedicin, diagnostik og stråleterapi) og fra forskellige dele af Danmark - inviterer vi Jer indenfor i tre meget forskellige verdener.

Strålingsbiologi, eller radiobiologi, er læren om ioniserende strålings vekselvirkning med levende celler eller væv. Faget omfavner såvel sygdomme og forøget sygdomsrisiko forårsaget af stråling, som de fysiske, kemiske og biologiske tilstande der opstår når ioniserende stråling tilfører energi til levende væv. Der er således tale om et vidtspændende område, der forener mange grene af natur- og lægevidenskaben. I denne artikel vil vi koncentrere os om den ioniserende elektromagnetiske stråling, vi anvender til behandling af kræftpatienter.

Absorberet dosis målt i gray er udgangspunktet for at gennemføre en optimal strålebehandling af kræftpatienter. Denne artikel redegør kort for det fysiske grundlag for sådanne målinger samt for forskning og udvikling på en nyt laboratorium for medicinsk dosimetri, som DTU Nutech har oprettet på DTU’s Risø campus ved Roskilde.

Med 850.000 skanninger hvert år i Danmark leverer CT-skannere livsvigtig information i forbindelse med diagnosticering og kontrol af patienter med en bred vifte af forskellige sygdomme. I de senere år er flere og flere specialfunktioner blevet implementeret, hvoraf én af dem er ''Dual-Energy CT'' (DECT). I forhold til en almindelig CT-skanning, kan man med DECT lave materialebestemmelse af kroppens forskellige væv, hvilket kan bruges til fx differentiering af plaktyper i kranspulsårerne.

I 1984 blev den første magnetisk resonans (MR) scanner i Danmark installeret, doneret af Simon Spies. I dag er MR-scanneren et uundværligt diagnostisk apparatur på hospitalerne indenfor et utal af undersøgelser og sygdomme.

I nuklearmedicin anvendes radioaktivt mærkede sporstoffer som administreres til patienten typisk via indsprøjtning i blodåre, alternativt oralt eller via inhalation. Et sporstof, på engelsk kaldet tracer, er i nuklearmedicinsk sammenhæng et radioaktivt nuklid (atomkerne) eller et radioaktivt mærket molekyle der anvendes i så små mængder, at den proces man ønsker at følge/belyse, ikke påvirkes. Grundlæggende udnytter man, at radioaktive og stabile isotoper af samme grundstof har identiske kemiske egenskaber, hvilket muliggør at man, ved at spore radioaktiviteten, kan følge kemiske processer i kroppen. Da man registrerer signaler fra enkeltatomer, kan følsomheden blive meget høj, og de stofmængder og koncentrationer der kan følges, tilsvarende små (pmol).

Dansk Center for Partikelterapi (DCPT) er under etablering ved universitetshospitalet i Aarhus med det formål at kunne tilbyde danske patienter kræftbehandling med protonbestråling. I denne artikel introduceres lidt af den fysik, som gør strålebehandling med partikler attraktivt - men som også gør det til en teknologisk udfordrende disciplin.

I Einsteins almene relativitetsteori, fremsat for 101 år siden, giver masse anledning til krumning af rumtiden. Den største krumning sker, omkring sorte huller som er meget kompakte. Længe har sorte huller været omgærdet af mystik, dels pga. den ukendte fysik som hersker og dels da man ikke vidste, om de faktisk eksisterer. Vi ved nu, at sorte huller findes i stort antal og i mange størrelser. Jeg beskriver her, hvorledes tunge sorte huller kan bruges til at udforske Universet og til at forstå nogle af de mere specielle hjørner af fysikken.

Josef Loschmidts teori om den gravito-termiske effekt og relationen til Maxwell og Boltzmann belyses. Det påpeges, at Venus muligvis er den empiriske test af dette stridsspørgsmål. Eksperimenter af R.W. Gräff beskrives, og til slut gives et forslag til et eksperiment, der kan udføres i laboratoriet med henblik på at måle den eventuelle effekt. Rettelse: På side 25, 2. spalte er '117' rettet til '58' to steder i forhold til den trykte udgave i sætningen: ''Hvordan kan temperaturen nede nær den faste overflade være uændret, når man har 58 dage med sol efterfulgt af 58 dage med nat?''.

Den engelske teoretiske fysiker Stephen Hawking gæstede Danmark i dagene omkring den 24. august, hvor han om aftenen holdt et offentligt foredrag i et helt fyldt DR Koncerthus.

Fysikere har ofte påpeget æstetiske aspekter af deres fag. Det kan fx være når symmetrien, enkelheden eller elegancen i en teori fremhæves. Sådanne æstetiske begreber kan alle ses som udtryk for en slags intellektuel skønhed der virker tiltrækkende. Men hvilken rolle har æstetikken mere præcist spillet i fysikkens udvikling? Og kunne denne rolle have en positiv indflydelse på hvordan man underviser i fysik? I denne artikel vil jeg til start sige lidt om det første spørgsmål, og derefter argumentere for et bekræftende svar til det andet. Som vi skal se, handler æstetik i fysik om andet og mere end skønne teorier – herunder forundring, glæden ved indsigt og fascination af det vi knapt nok (eller måske slet ikke) begriber. I en sådan bred forstand kan æstetik kædes sammen med motivation hos både fysikere og fysikelever.

I foråret 2016 indledte kunstneren Olafur Eliasson og astrofysikeren Aurélien Barrau en mailkorrespondance i anledning af Eliassons udstilling ''The parliament of possibilities'' på Leeum Samsung Museum of Art i Seoul. Det blev til en samtale i grænselandet mellem kunst og videnskab om, hvordan vi forstår verden, om rum og relativitetsteori, krop, kreativitet, tænkning og handling, og om hvordan, vi kan nå frem til nye indsigter ved at åbne vores sanser.

Tegneserien har som medie i de senere år udviklet sig i mange forskellige nye retninger og en af dem er det særlige krydsfelt mellem tegneserier og naturvidenskab. Det viser sig på mange forskellige måder. Folk, der læser og laver tegneserier har længe vidst, at formen kunne bruges målrettet til at uddanne børn og voksne i emner, de har svært ved at forstå eller som de er særligt interesserede i.

Set med et menneskes forholdsvis begrænsede tidshorisont vil de fleste nok opfatte Jorden og resten af Solsystemet som evige og uforanderlige. Trods denne tilsyneladende uforanderlighed er vi vant til, at alting har en begyndelse og en afslutning, og vi har derfor spekuleret over hvordan verden opstod, lige så længe som vi har været intelligente nok til at fundere over andet end at overleve og føre slægten videre. De fleste religioner har derfor en skabelsesberetning, der vidner om vores higen efter svar på det nok største spørgsmål, vi kan stille: Hvorfor er vi her?. Det er den samme higen efter svar der driver forskerne, og vi er nu kommet så langt, at vi, i store træk, kan beskrive den serie af begivenheder, der begyndte med Big Bang og ultimativt endte med at mennesket havde udviklet sig til en niveau, hvor vi kan begynde at rekonstruere vores egen forhistorie.

Energiproduktion fra fusion i et kraftværk vil potentielt give en energikilde, som er ren, bæredygtig og sikker. Det er imidlertid endnu ikke lykkedes at producere mere energi fra fusion, end hvad systemet har skullet have tilført for at opretholde fusionsprocessen. En af de essentielle parametre for realisering af fusion som energikilde er en bedre forståelse af transportprocesserne på kanten af fusionsplasmaet, herunder plasmaets interaktion med elektrisk neutrale atomer og molekyler.

Saltsmeltereaktoren er en radikalt anderledes type kernekraftreaktor, der blev opfundet og udviklet ved Oak Ridge National Laboratory i 1960'erne. Saltsmeltereaktorer har fået øget opmærksomhed det sidste årti, blandt andet grundet muligheden for effektiv thoriumbaseret brændselsavling, samt øget sikkerhed sammenlignet med traditionelle reaktordesigns og langt billigere konstruktion og operation. Saltsmeltereaktorer har sit brændsel som kemisk stabile salte, der cirkuleres rundt i reaktoren ved rødglødende temperaturer, godt over saltenes smeltepunkt. Udover effektiv strømgeneration åbner disse temperaturer op for en bred vifte af implementeringer. Denne artikel forsøger at give et indblik i, hvorfor thorium i saltsmeltereaktorer er en attraktiv teknologi for udnyttelse af fissionsenergi.

Med den nært forestående kommissionering af Dansk Center for Partikelterapi ved Aarhus Universitetshospital, planlagt til oktober 2018, er det relevant med en simpel, men alligevel stort set retvisende, gennemgang af den såkaldte Bragg-kurve og dens top. Som yderligere motivation til en sådan gennemgang er et emne med arbejdstitlen ''Medicinsk fysik'' for tiden under overvejelse til brug for ''fysik i det 21. århundrede'' i gymnasieskolen fra 2018. I denne artikel gives en analytisk tilgang til energitabskurven for protoner op til deres endelige rækkevidde. Formålet er at give en kortfattet og overskuelig gennemgang af en tung, elektrisk ladet partikels indtrængning i stof med særlig vægt på aspekter relevante for partikelterapi.

Denne artikel beskriver vores bachelorprojekt, hvor vi arbejdede med at lave kobbernanotråde, som kan bruges til at danne en bakteriedræbende overflade, samt at lave lange, ensformige kulstofnanorør. Disse nanorør vil efterfølgende kunne fyldes med metaller eller halvledende stoffer. Begge materialestrukturer vil have stor praktisk anvendelse, hvis der findes en stabil metode til deres dannelse, som kan skaleres op i så stor en målestok, at det giver mening i industriel sammenhæng.

Kunstig intelligens er ikke blot én bestemt teori, teknik eller metode, men dækker over en lang række forskellige teknikker til at simulere aspekter af menneskelig kognition på en computer. Forskelligheden i teknikkerne dækker blandt andet over, at de forsøger at efterligne forskellige typer af intelligens, fx sproglig, social eller logisk intelligens. Forskelligheden dækker også over, at vi forsøger at efterligne intelligens på forskellige abstraktionsniveauer gående fra direkte forsøg på at efterligne de atomare neurologiske processer i hjernen helt op til meget abstrakte modeller af vores bevidste, sproglige og logiske tænkning. Fælles for alle teknikkerne er, at det handler om at skabe matematiske modeller af aspekter af kognition, og at få computere til at regne på disse modeller. Desuden handler det om at få kunstig intelligens-systemerne til selv at skabe modeller af deres omverden, som de kan bruge til at ræsonnere om denne omverden. I denne artikel vil vi først give en introduktion til kunstig intelligens og de forskellige hovedparadigmer indenfor området. Dernæst vil vi gå lidt mere i detaljen med, hvordan logiske modeller kan bruges til at skabe ræsonnerende robotter.

Både i forskningens og den forretningsmæssige verden er der et intenst fokus på de muligheder, som kunstig intelligens indebærer. Mulighedernes verden synes at udvide sig år for år, og kunstig intelligens-algoritmer implementeres nu også i stor stil på kvantefysiske problemstillinger. Men hvad er grænserne for kunstig intelligens? Én kritisk vinkel fokuserer på, at kunstig intelligens-forskere ikke i tilstrækkelig grad forsøger at forstå og emulere menneskets særlige måder at løse komplekse problemer på. I forlængelse af dette perspektiv, udfolder vi i denne artikel vores citizen science-tilgang, hvor tusinder af almindelige borgere løser komplekse problemer via særligt designede spil. Vores analyser viser, at deres løsninger kvalitetsmæssigt er på niveau med fysikernes numeriske algoritmer, samtidig med at de komplementerer den kunstige intelligens ved at udvise en anden form for søgeadfærd. Dette arbejde peger mod udviklingen af en fremtidig hybrid intelligens, der kombinerer menneskers evolutionært betingede evne til at navigere komplekse problemer med algoritmers evne til at processere store datamængder.

Kunstig intelligens har få årtiers udvikling bag sig, mens naturlig intelligens har udviklet sig over mange millioner år. Aber, kragefugle og havpattedyr kan synes overraskende intelligente, mens for eksempel insekter, regnorme og bløddyr omvendt umiddelbart virker temmeligt dumme. Men hvor intelligente er ikke-menneskelige dyr egentlig, og hvordan kan vi forstå evolutionen bag deres – og dermed vores – naturlige intelligens og bevidsthed?

Nye teknologier som digitale platforme, kunstig intelligens, robotter og adaptive læringsværktøjer får stor betydning for fremtidens uddannelser og undervisning. De nye teknologier optager både forskere, embedsfolk og politikere i Silicon Valley, hvor mange af de nye teknologier bliver udviklet.

Målingen af myonens anomale magnetiske moment er en af de mest nøjagtige målinger, der er udført i naturvidenskaben. Ved at måle frekvensen af oscillationer i retningen af spin for myoner i en lagerring, er det muligt at bestemme det magnetiske moment med en relativ nøjagtighed på mere end en hundredetusinddels promille. Denne måling kan sammenlignes med teoretiske beregninger baseret på kvantefeltteori og standardmodellen. Denne sammenligning udgør den bedste test, vi har på nogen fysisk teori. Men de mest nøjagtige målinger afviger fra de teoretiske beregninger med ca. tre standardafvigelser. Dette opfattes af mange fysikere som bevis på, at der eksisterer ny ukendt fysik hinsides standardmodellen. For at afgøre om afvigelsen er en statistisk tilfældighed eller en reel effekt, er hele eksperimentet flyttet til Fermilab, hvor målingerne vil blive gentaget med fire gange større nøjagtighed.

De opfindelser, som fik årets Nobelpris i Fysik, har revolutioneret anvendelser af laseren. Ikke bare fysik, men også kemi, biologi og medicin har fået præcisionsinstrumenter, som har været revolutionerende for vores forståelse af livets fundamentale byggesten og har haft vigtige praktiske anvendelser.

Hvordan laver man en laser, der er så kraftig, at intet kendt materiale kan overleve at blive ramt af lyset? Og som samtidig laver så korte lysglimt, at det bliver muligt at fastfryse elektroners bevægelse rundt om atomer? Årets Nobelpris i Fysik blev givet for den opfindelse, der gør alt dette muligt. Læs med, og få indblik i femtosekundverdenen.

Nogle af gasserne i Jordens atmosfære absorberer den infrarøde stråling fra Jorden og opvarmer dermed atmosfæren. Vanddamp er langt den vigtigste gas i denne drivhuseffekt, men der er stor opmærksomhed omkring kuldioxid. Sådan har det imidlertid ikke altid været, men det er fortsat svært at afgøre, hvor meget varmere det bliver på grund af kuldioxid. En modelberegning, der blandt læserne af Videnskab.dk blev valgt til Årets Danske Forskningsresultat, tyder på, at virkningen stiger med temperaturen.

Kvantemekanikkens ligninger er så komplekse, at de kun kan løses eksakt for nogle få simple systemer. Et centralt problem i den moderne fysik er derfor at forstå realistiske systemer bestående af mange vekselvirkende partikler. I denne artikel diskuterer vi, hvordan man heldigvis i mange tilfae lde kan forsimple problemet drastisk ved at beskrive sådanne systemer ved hjælp af partikellignende objekter - de såkaldte kvasipartikler. Vi forklarer, hvordan denne elegante teori, udviklet af den russiske fysiker Landau og anvendt overalt i fysikken, fornyligt er blevet undersøgt i epokegørende eksperimenter bl.a. ved Aarhus Universitet ved brug af kvantesimulatorer bestående af atomare gasser.

Fra 13. til 16. november 2018 har Generalkonferencen for Mål og Vægt holdt sit 26. møde. Her godkendtes nye definitioner af fire af SI-systemets grundenheder, kilogram, ampére, kelvin og mol. De sidste forberedelser til denne ændring har stået på siden 2011, hvor den 24. Generalkonference formulerede krav til målenøjagtighed og reproducerbarhed som forudsætning for nye definitioner.