Forschen, so schnell wie der Blitz
Wer verstehen will, wie Blitzeinschläge mittels Laser verhindert werden könnten, wie die Photovoltaik der Zukunft aussieht oder wie Medikamente im Körper aufgenommen werden, muss sich mit den schnellsten und kurzlebigsten Prozessen in der Natur auseinandersetzen.
Die Mitglieder des Nationalen Forschungsschwerpunktes für „Molecular Ultrafast Science and Technology“ (NCCR MUST) forschen schnell wie der Blitz. Sie beobachten Moleküle und Atome bei ihrer Arbeit und untersuchen ultraschnelle molekulare Prozesse. Prozesse, die sie interessieren dauern nur wenige Femtosekunden. Eine Femtosekunde entspricht 0.000’000’000’000’001 Sekunden. Das sind 15 Stellen nach dem Komma und eine Million mal eine Milliarde schneller als ein Herzschlag oder Augenzwinkern.
Ihre Forschung betreiben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit Hilfe von stroboskopischen Effekten und Lasern. In ihren Laboren vereinfachen sie dafür die hochkomplexe Natur und untersuchen Teilprozesse unter standardisierten, künstlichen Bedingungen.
Die Forschung trägt dazu bei, dass neuartige Laser für medizinische Anwendungen gebaut werden können oder Photovoltaik verbessert wird. Aber auch, dass wir verstehen, wie Medikamente im Körper aufgenommen werden oder wie Blitzeinschläge mit künstlichen Lasern verhindert werden können.
An ihrem Ausstellungsstand zeigen Mitglieder des NCCR MUST wie Stroboskop und Laser funktionieren und präsentieren drei Projekte: wie Laser als Blitzableiter wirken, wie virtuelle Chemie neue Erkenntnisse bringt und wie man organische Solarzellen baut. Im Folgenden stellen sie ihre Projekte kurz vor.
Laser als Blitzableiter
Blitze faszinieren! Es fängt harmlos an. Zunächst entsteht in einer Gewitterwolke durch die Kollision von Wassertröpfchen und Eispartikeln ein elektrisches Feld. Dabei werden Potenzialdifferenzen von bis zu 50 Megawatt produziert. Manchmal jedoch entsteht ein Blitzkanal vom Boden zur Wolke. Durch einen Kurzschluss gibt es eine enorme Entladung, den Blitz, dessen ungeheure Kraft zerstörerisch ist.
Auch nach 300 Jahren schützen wir uns immer noch mit einfachen Blitzableitern vor Blitzeinschlägen. Aber was, wenn wir beispielweise bewegliche Objekte schützen wollen? Hochenergielaser könnten dieses Problem lösen, denn sie können Luft ionisieren und einen Leitungskanal bilden. Das Laser Lightning Rod Projekt setzt genau dort an – hochfrequente, aufwärts gerichtete Terawatt-Laser sollen Blitze ableiten und vor Blitzeinschlägen schützen. Unser Stand zeigt Videos von Blitzentwicklungen aufgenommen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera sowie das Laser Lightning Rod Projekt und dessen Installation auf dem Gipfel des Säntis.
Auf Tuchfühlung mit Molekülen – virtuelle Chemie
Dank virtueller Techniken werden wir in der Zukunft Chemie auf eine völlig neue Art und Weise erforschen, lehren und erleben. Wo wir bisher versuchen Reaktionen „mit Stift und Papier“ zu verstehen, können wir jetzt Moleküle anfassen und verändern, und so hautnah erleben, was wirklich mit ihnen passiert. Das revolutioniert die Chemie als Naturwissenschaft! Virtuelle Chemie ist genau das Gegenteil von der klassisch experimentellen also „natürlichen“ Chemie. Sie verknüpft Bildgebung und künstliche Intelligenz und schafft einen ganz neuen Raum, um Ideen und Vorhersagen „im Computer“ zu entwickeln, die später experimentell im Labor überprüft werden können.
An unserem Stand können Sie Ping Pong mit „C60“ Molekülen spielen und schauen, wie sie sich bei hohen Drücken und Temperaturen verhalten; Aminosäureketten, auch bekannt als Proteine, verknoten und zum Vibrieren bringen; hautnah erleben warum es nicht egal ist wo und mit wem man sich bindet – also zumindest nicht als Protein und Bindungspartner – oder die bekannte Diels-Alder Reaktion steuern.
Wie baut man eine organische Solarzelle? – Flexibel zu erneuerbaren Energien
Den Weg in eine grüne Zukunft ebenen erneuerbare Energien. Was Pflanzen seit Jahrmillionen machen, nämlich ihren Energiebedarf mit Hilfe von Sonnenenergie decken, steht bei uns Menschen noch ganz am Anfang. Dabei liefert eine Stunde Sonnenlicht genügend Energie, um den Bedarf der Menschheit für ein ganzes Jahr zu decken! Mit Hilfe der neu aufkommenden organischen Solarzellen (OSCs, Organic Solar Cells) können wir diese natürliche Energie mit Hilfe von künstlichen Solarzellen mühelos in unser Leben integrieren. OSCs sind flexibel, transparent, haben fast unbegrenzte Einsatzmöglichkeiten und können nahezu auf jeder Oberfläche angebracht werden: auf Fenstern, Mauern, Windrädern….
An unserem Stand sehen Sie OSCs in Aktion und können sich selbst von ihrer Flexibilität überzeugen. Wir zeigen die einzelnen Produktionsschritte und tauchen mit Ihnen zusammen in die organischen Solarzellen ein.
