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19.03.2014, 15:30 Uhr

Klasse für Naturwissenschaften und Medizin, 557. Sitzung

Prof.'in Dr. Julia Tjus, Bochum: "Mit einem teilchenphysikalischen Fernrohr ins Universum: Hochenergetische Neutrinos aus dem All"; Prof. Dr. Wolfgang Bach, Bremen: Heiße Quellenam Meeresboden: "Oasen des Lebens in der Tiefsee"

Frau Professorin Dr. Julia Tjus
(geb. Becker) studierte von 1998 bis 2000 Physik an der Universität Örebro, Schweden und setzte Ihr Physikstudium von 1999 bis 2004 an der Bergischen Universität Wuppertal fort, wo sie ihr Diplom mit Auszeichnung ablegte. An der Technischen Universität Dortmund erlangte sie ihre Promotion zur Dr. rer. nat. mit Auszeichnung. Sie erhielt im Jahr 2007 sowohl den Promotionspreis im Fach Physik, als auch den Rudolph Chaudoire Preis. Von 2008 bis 2009 arbeitete sie an der Universität Göteborg, Schweden, als Postdoktorandin. Im Jahr 2009 erfolgte der Ruf auf die Juniorprofessur Hochenergie-Teilchenastrophysik an der Ruhr-Universität Bochum, bevor sie im Jahr 2012 auf die W2-Professur Theoretische Physik, insbesondere Plasma-Astroteilchenphysik an der Ruhr-Universität Bochum berufen wurde, welche im Jahr 2013 in einen Lehrstuhl (W3) umgewandelt wurde. Frau Tjus war von 2011 bis 2013 Mitglied des Jungen Kollegs der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste und ist seit 2012 Mitglied der Jungen Akademie der BBAW/Leopoldina.

Aus dem Inhalt des Vortrages
Mit einem teilchenphysikalischen Fernrohr ins Universum: Hochenergetische Neutrinos aus dem All

Die Suche nach dem Ursprung der kosmischen Strahlung beschäftigt die Physik seit der Entdeckung der geladenen Teilchen aus dem Kosmos vor hundert Jahren durch Viktor Hess: in Flügen mit einem Heißluftballon stellte er fest, dass die ionisierende Strahlung nicht einzig vom radioaktiven Gestein des Erdbodens ausgehen konnte, sondern dass es auch eine signifikante Komponente aus dem All geben müsse. Heute kenn man das Energiespektrum dieser Strahlung von niedrigen Energien im GeV-Bereich bis zu den höchsten Energien (10^21 eV) sehr gut. Die Quellen dieser Strahlung sind allerdings weiterhin unbekannt. Die geladenen Teilchen werden auf ihrem Weg durch das Universum von Magnetfeldern stochastisch abgelenkt, so dass eine Zurückverfolgung ihrer Teilchenbahnen an den Ursprungsort unmöglich ist. Das Bild, das sich auf der Erde abzeichnet ist das einer isotropen Verteilung der Teilchen. Eine der besten Möglichkeiten, die Quellen zu identifizieren ist die Suche nach hochenergetischen Neutrinos, die in Wechselwirkungen der kosmischen Strahlung am Entstehungsort entstehen. Durch die Ladungsneutralität der Neutrinos bewegen sich diese geradlinig im Universum und zeigen direkt auf ihren Ursprungsort zurück.
Da Neutrinos nur schwach wechselwirken, ist aber eine Detektion äußerst schwierig und bedarf extrem großer Detektoren. Zu diesem Zweck wurde im Dezember 2010 der IceCube Detektor komplettiert - Ein Kubikkilometer Eis wurde hierfür mit Photomultipliern bestückt, um die durch Wechselwirkungen der Neutrinos mit dem Eis entstehenden Spuren der Neutrinos zu beobachten.
Erste Ergebnisse zeigen nun ein erstes Signal astrophysikalischer Neutrinos. In diesem Vortrag wird dieser erste Hinweis auf die Quellen der kosmischen Strahlung im Rahmen der Modelle zur Neutrinoproduktion präsentiert.

Professor Dr. Wolfgang Bach
Professor Dr. Wolfgang Bach studierte an der Universität Gießen Geologie und Mineralogie und legte 1991 sein Diplom in Mineralogie ab. Von 1991 bis 1996 war er Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Gießen, dem GeoForschungsZentrum Potsdam und der Uni-versität Potsdam. Nach seiner Promotion in Gießen ging er 1996 an die Woods Hole Ocea-nographic Institution in Massachusetts, USA. Dort war er zunächst als Postdoktorand und anschließend als Wissenschaftler angestellt und widmete sich verstärkt der Tiefseeforschung. 2005 erhielt er den Ruf als Professor für Petrologie an der Universität Bremen. Seit 2006 ist er Projektleiter am Zentrum für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) der Universität Bremen.  In Forschung und Lehre beschäftigt sich Professor Bach im Schwerpunkt mit den Wechselwirkungen zwischen den Ozeanen und dem Meeresboden und deren Konsequenzen für den Stoffhaushalt der Erde.

Aus dem Inhalt des Vortrages
Heiße Quellen am Meeresboden: Oasen des Lebens in der Tiefsee

Die Tiefsee ist der größte und zugleich der am wenigsten erforschte Lebensraum der Erde.  Ihr felsiges Fundament – die Ozeankruste – wird an Schwellen in der Tiefsee durch vulkanische und andere geologische Vorgänge gebildet und taucht in den Tiefseegräben ins Erdinnere ab.  Diese plattentektonischen Prozesse beeinflussen die Zusammensetzung der Gesteinskruste und der Ozeane unseren Planten sehr stark.  Ein besonders faszinierendes Phänomen in Verbindung mit der Entstehung der Ozeankruste sind heiße Quellen, die durch sehr stark aufgeheiztes Meerwasser gebildet werden.  Das Aufheizen geschieht in tiefreichenden Brüchen, die sich im neugebildeten Meeresboden anlegen und in die Meereswasser eindringt.  Bei Temperaturen von über 400°C steigt das Wasser wieder nach oben und tritt am Meeresboden in spektakulärer Weise aus.  Um die Austrittsstellen der heißen Wässer bilden sich Ablagerungen von Metallsulfiden, in denen Elemente wie Kupfer, Zink, Blei und Gold stark angereichert sind.  Wärmeliebende Bakterien können Metalle und andere reduzierte Stoffe in den heißen Wässern aufoxidieren und daraus Energie für ihren Stoffwechsel beziehen, ähnlich wie höhere Lebewesen das mit beim Veratmen von Nahrung tun.  Diese Bakterien können Kohlendioxid in Biomasse umwandeln und spielen damit in den Nahrungsnetzen der Tiefsee eine zentrale Rolle.  Genetische Untersuchungen zeigen, dass diese Bakterien stammesgeschichtlich sehr viel älter sind als photosynthesetreibende Organismen und in einer Zeit auftraten, als unsere Erde geologisch sehr viel aktiver war als heute.  Die Wechselwirkungen zwischen geologischen und biologischen Prozessen sind an den heißen Quellen in der Tiefsee besonders intensiv und ermöglichen spannende Grundlagenforschung, die uns hoffentlich zu einem besseren Verständnis der frühen Entwicklung des Lebens auf der Erde führen wird.