Vielfältige Physik: Wissenschaftlerinnen schreiben über ihre Forschung

359 Pages·2019·20.424 MB·German

by  Deborah Duchardt, Andrea B. Bossmann, Cornelia Denz

Deborah Duchardt · Andrea B. Bossmann
Cornelia Denz Hrsg.
Vielfältige
Physik
Wissenschaftlerinnen schreiben
über ihre Forschung
Vielfältige Physik
Deborah Duchardt · Andrea B. Bossmann ·
Cornelia Denz
(Hrsg.)
Vielfältige Physik
Wissenschaftlerinnen schreiben
über ihre Forschung
Hrsg.
Deborah Duchardt Andrea B. Bossmann
Berlin, Deutschland Lise-Meitner Society e.V.
Berlin, Deutschland
Cornelia Denz
Institut für Angewandte Physik
Universität Münster
Münster, Deutschland
ISBN 978-3-662-58034-9 ISBN 978-3-662-58035-6 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-662-58035-6
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Planung/Lektorat: Lisa Edelhäuser
Piktogramme Einbandabbildung und Buchtext:
Frau: deblik, Berlin
Schmetterling: Freepik = https://www.flaticon.com/packs/house-plants-3
Würfel: Darius Dan = https://www.flaticon.com/packs/science-35
Refraktion: Freepik = https://www.flaticon.com/packs/science-12
Planet: Atom: Darius Dan = https://www.flaticon.com/packs/science-35
Atom: Freepik = https://www.flaticon.com/packs/scientific-study
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Vorwort der Herausgeberinnen
„The biggest reason there are so few women in the physical sciences is that there are
so few women in the physical sciences.“
– Eileen Pollack [1]
Liebe Leserinnen und Leser,
diePhysikerklärtseitvielenJahrhundertendieunsumgebendeNaturdurchdasWech-
selspiel von Theorie und Experiment, von den Ursprüngen unseres Universums bis zu
denneuestenMaterialienundEffekten.DieseErkenntnisseentstehendurcheinenfort-
laufenden Prozess des Spekulierens, Entdeckens, Experimentierens, Verwerfens und
Verifizierens, bis hin zu allgemeingültigen Gesetzen. Auch wenn die Begabung und
das Interesse an der Physik unabhängig von der gesellschaftlichen Stellung und dem
Geschlechtseinsollten,istderFrauenanteilinderPhysikauchheutenochgeringund
Physikerinnen sind wenig bekannt. Das will dieses Buch ändern.
In diesem Buch begeistern Sie mehr als 30 Wissenschaftlerinnen aus den verschie-
densten Bereichen der Physik und angrenzenden Wissenschaften für ihre Forschung.
WirmöchtenmitdiesemBucheinembreitenPublikumeinenallgemeinverständlichen
Zugang zur aktuellen, faszinierenden Forschungslandschaft ermöglichen und Interesse
an der Physik wecken. Besonders wichtig ist uns dabei, neben den wegweisenden Ar-
beitenderWissenschaftlerinnenauchdiePersönlichkeitendahintersichtbarzumachen
undderenFreudeanderPhysikweiterzugeben.DazuistjedemArtikelderWerdegang
der entsprechenden Autorin aus ihrer individuellen Sicht zusammen mit persönlichen
Tipps vorangestellt. So ist ein einzigartiges Werk vielfältiger Physik entstanden.
Warum dieses Buch?
Auch heute sind Frauen in der Physik noch stark unterrepräsentiert, insbesondere in
führenden Positionen. Obwohl sich der Anteil an Frauen in der Physik im deutsch-
sprachigen Raum seit der Zeit von Lise Meitner (Promotion 1906 in Wien) und Her-
tha Sponer (Promotion 1920 in Göttingen) erhöht hat, gibt es weiterhin Verbesse-
rungsbedarf [2, 3]. Dies gilt sowohl zu Beginn des Studiums, für Angestellte im Wis-
senschaftsbetrieb und in der Industrie sowie für Leitungspositionen wie Professuren
oder Vorstände. Die neueste Studie der Konferenz der Fachbereiche Physik zeigte an
deutschen Universitäten einen Frauenanteil von 18% an den verliehenen Bachelorab-
schlüssen, 16% an den Masterabschlüssen und 22% an den Promotionen auf [4]. In
den letzten zehn Jahren bewegten sich diese Anteile zwischen 14% und 20% [5, 6].
vi Vorwort der Herausgeberinnen
Deutschland ist eines der Länder mit dem niedrigsten Frauenanteil in der Physik in
Europa[7].DerhöhereProzentsatzunterdenPromotionenimVergleichzuBachelor-
und Masterabschlüssen erklärt sich aus dem Anteil ausländischer Promovierender in
Deutschland.
Auch wenn die Inhalte der Physik geschlechtsneutral erscheinen, ist allein durch
dieGeschlechterverteilunginderPhysikdieFachkulturmännlichgeprägt.Auchinder
ÖffentlichkeitsindPhysikerinneninDeutschlandwenigsichtbar.Dennochgibtesviele
hervorragende Wissenschaftlerinnen, die bahnbrechende Forschung in allen Gebieten
der Physik betreiben. Einige von ihnen möchten wir in diesem Buch vorstellen und
damit mögliche Vorbilder aufzeigen.
Diversität ist auch gesellschaftlich und wirtschaftlich relevant. So haben Studien
gezeigt, dass vielfältige Teams kreativere, innovativere Lösungen finden als homoge-
ne [8] und höhere wirtschaftliche Profite erzielen [9]. Die Erhöhung des Frauenan-
teils ist ein wichtiger Schritt hin zu mehr Diversität und geht Hand in Hand mit
der Gleichstellung unterrepräsentierter Minderheiten. Aktuelle Studien zeigen, dass in
FachgebietenmiteinemhöherenFrauenanteildieOffenheitgegenüberhomosexuellen
PersonenundPersonenmitanderenGeschlechtsidentitätenhöherist[10].Einoffenes
undwertschätzendesUmfeldistunerlässlich,damitalleMenschenihrvollesPotenzial
entfalten können – das gilt auch für die Physik.
Zum Aufbau dieses Buches
Unsere Reise durch die vielfältige Physik beginnt mit einem Kapitel zur Beziehung
zwischen Physik und Gesellschaft. Hier können Sie mehr über die Rolle von Frauen
in der Wissenschaftsgeschichte der Physik, über das Verhältnis von Philosophie und
Physik, über aktuelle Forschung zu Geschlechterrollen in der Physikausbildung und
-didaktik sowie über Geschlechterforschung in der Physik erfahren.
DarauffolgenKapitel,dieverschiedenenweiterenFachdisziplinenderPhysikgewid-
met sind: von Fragen zum Ursprung unserer Welt in der Kern- und Teilchenphysik,
ForschungüberdieWeltkleinsterMaterialbausteineinderFestkörper-undNanophy-
sik,überdieNichtlinearePhysik unddieNutzungdesLichts,derPhotonik,bishinzur
Planeten- und Astrophysik und den größten Strukturen des Universums. Im Kapitel
Bio- und Medizinphysik werden medizinische Anwendungen physikalischer Forschung
beiderDiagnostikundHeilungvonKrankheitenthematisiert.Siewerdenalsovonden
kleinstenzudengrößtenStrukturenunseresUniversumsgeführt,vondengrundlegen-
den Theorien zu Anwendungen der Zukunft.
DieweiterführendenLiteraturangabenindenKapitelnsollenIhnenbeiInteresseden
tiefergehenden Einstieg in die einzelnen Themenbereiche erleichtern.
Vorwort der Herausgeberinnen vii
Über die Herausgeberinnen
Deborah Duchardt hat ihr Diplom und ihre Promotion in Phy-
sikanderRWTHAachenabsolviert.Forschungsschwerpunktwa-
ren statistische Analysen von Messdaten des CMS-Detektors am
LHC-Beschleuniger des Forschungszentrums CERN. Prägend aus
dieser Zeit ist die Zusammenarbeit in einer großen internationa-
len Gemeinschaft, über kulturelle Grenzen hinweg. Anschließend
entschied sie sich für einen Wechsel in die Softwareindustrie und
arbeitet seit 2018 bei einem Berliner Unternehmen mit Fokus auf Software für den
öffentlichen Personen- und Güterverkehr. Bereits im Laufe ihrer Promotion lernte sie,
bei einen berufsvorbereitenden Workshop, den Arbeitskreis Chancengleichheit (AKC)
kennen, ein Arbeitskreis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft e.V. (DPG), wel-
cher die Interessen von Physikerinnen aller Karrierestufen vertritt. Der AKC hat sich
zumZielgesetzt,dieRahmenbedingungenfürPhysikerinnenzuverbessern,siezuver-
netzen und zu stärken. Seit 2015 ist sie stellvertretende Sprecherin des AKC.
Andrea B. Bossmann hat an der Julius-Maximilians-Universität
WürzburgunddemIndianInstituteofTechnologyMadrasPhysik
studiert. Danach hat sie an der University of Michigan in Ann
Arbor, USA, und am Max-Planck-Institut für Sonnensystemfor-
schung in Göttingen zu (magneto-) hydrodynamischen Strömun-
gen in der Geo- und Astrophysik geforscht. Seit 2014 ist sie al-
leinerziehende Mutter eines chronisch kranken Kindes. 2015 hat
siedieDeutschePhysikerinnentagungmitorganisiertundwurdeVorstandsmitglieddes
AKC. Auf dieser jährlichen Tagung können sich Teilnehmende vernetzen, ihre For-
schungsschwerpunkte und Karrierewege vorstellen, sowie über Chancengleichheit dis-
kutieren.AktuellarbeitetAndreaBossmanninverschiedenenProjektenfürGleichstel-
lungundmehrSichtbarkeitvonFrauen,inder2016vonihrgegründetenLise-Meitner-
GesellschaftfürdieGleichstellungvonFraueninNaturwissenschaftenundMathematik
inner- und außerhalb der akademischen Laufbahn e.V.
Cornelia Denz lehrt und forscht als Professorin für Nichtlinea-
re Photonik an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster.
Über ihre Forschung und ihren Werdegang berichtet sie in Ka-
pitel 18, dem Einleitungsartikel zur Quantenoptik und Photonik.
NebenihrerForschungstätigkeitinderPhotonikhatsie1994eine
Wanderausstellung zur Geschichte der Frauen in der Physik initi-
iert [2] und so zur Sichtbarmachung von Vorbildern beigetragen.
In dem von ihr gegründeten Schülerlabor MExLab Physik will sie Mädchen für die
Physik begeistern. Seit 2016 hat sie neben der Professur in Experimentalphysik eine
Professur für Geschlechterforschung in der Physik inne.
viii Vorwort der Herausgeberinnen
Danksagung
Wir danken den zahlreichen Autorinnen, die an diesem besonderen Buch mitgewirkt
haben. Sie ermöglichen uns und Ihnen Einblicke in vielfältige und spannende Themen
der aktuellen Forschung und auch in ihre persönlichen Wege in die Wissenschaft. Ein
großer Dank gebührt Lisa Edelhäuser für die initiale Idee zu diesem Buch und ihre
kontinuierliche Unterstützung gemeinsam mit dem Team des Springer-Verlags.
Berlin und Münster, im Dezember 2018 Deborah Duchardt
Andrea B. Bossmann
Cornelia Denz
Literatur
[1] PollackE(2015)TheOnlyWomanintheRoom:WhyScienceIsStillaBoys’Club.BeaconPress,Boston
[2] DenzC(Hrsg)(1994)VonderAntikebiszurNeuzeit–derverleugneteAnteilderFrauenanderPhysik.Katalog
zurWanderausstellung,TechnischeHochschuleDarmstadt
[3] DenzC,VogtA(2005)EinsteinsKolleginnen–Physikerinnengesternundheute.KompetenzzentrumTechnik–
Diversity–Chancengleichheite.V.,Bielefeld
[4] DüchsG,IngoldG-L(2017)PhysikhältKurs.PhysikJournal8/9:28–33
[5] DüchsG,MatzdorfR(2014)StabilisierungaufhohemNiveau.PhysikJournal8/9:23–28
[6] MatzdorfR(2011)PhysikimAufwind.PhysikJournal8/9:23–27
[7] Europäische Kommission (2015) She Figures 2015: Gender in Research and Innovation. Directorate-General for
ResearchandInnovation
[8] Díaz-GarcíaC,González-MorenoA,Sáez-MartínezFJ(2014)GenderdiversitywithinR&Dteams:Itsimpacton
radicalnessofinnovation.JournalInnovationOrganization&Management152:149–160
[9] HoogendoornS,OosterbeekH,vanPraagM(2013)TheImpactofGenderDiversityonthePerformanceofBusiness
Teams:EvidencefromaFieldExperiment.ManagementScience59:1514–1528
[10] YoderJB,MattheisA(2016)QueerinSTEM:WorkplaceExperiencesReportedinaNationalSurveyofLGBTQA
IndividualsinScience,Technology,Engineering,andMathematicsCareers.JournalofHomosexuality631:1–27
Verwendete Schreibweisen
Große und kleine Skalen
In vielen Anwendungen und Zusammenhängen, so auch in diesem Buch, treten phy-
sikalische Größen bei sehr großen und sehr kleinen Skalen auf. Zur Bezeichnung ver-
schiedenerGrößenordnungenwerdenEinheitenvorsätzebenutzt,diesichaufbestimmte
Zehnerpotenzenbeziehen.Soentsprichtz.B.einNanometereinemMilliardstelMeter,
also 10−9 Meter. Auch im Alltag benutzen wir Vorsätze, z.B. Kilo- für Tausend und
Milli- für ein Tausendstel. Die gängigen Vorsätze sind im Folgenden aufgeführt.
Symbol Vorsilbe Zehnerpotenz Bedeutung
P Peta 1015 Billiarde
T Tera 1012 Billion
G Giga 109 Milliarde
M Mega 106=1.000.000 Million
k Kilo 103=1.000 Tausend
d Dezi 10−1=0,1 Zehntel
c Zenti 10−2=0,01 Hundertstel
m Milli 10−3=0,001 Tausendstel
μ Mikro 10−6 Millionstel
n Nano 10−9 Milliardstel
p Piko 10−12 Billionstel
f Femto 10−15 Billiardstel
a Atto 10−18 Trillionstel
SI-Basiseinheiten und davon abgeleitete Einheiten
UmdieNaturzubeschreiben,werdenphysikalischeGrößenverwendet,diequantitativ
bestimmbare Eigenschaften, Vorgänge und Zustände als Produkt eines Zahlenwertes
und einer Einheit sowie ggf. eine Richtung angeben.
ImInternationalenEinheitensystemSI(frz.Systèmeinternationald’unités)sindphy-
sikalischeEinheitenzubestimmtenGrößenfestgelegt.DiefolgendeTabellenenntalle
SI-Basiseinheiten sowie abgeleitete Einheiten, die in diesem Buch verwendet werden.
x Verwendete Schreibweisen
Größe Einheitenname Zeichen Beziehung zur SI-Einheit
Länge Meter m SI-Basiseinheit
Länge Ångström Å 1 Å = 10−10m
Länge Astronom. Einheit AE 1AE = 149.597.870.700m
Länge Lichtjahr Lj 1Lj ≈ 9,46·1015m
≈ 63.240AE
Länge Parsec pc 1pc ≈ 3,09·1016m ≈ 3,26Lj
Masse Kilogramm kg SI-Basiseinheit
Masse atom.Masseneinheit u 1 u = 1,660.565.5·10−27kg
Masse Gramm g 1 g = 10−3kg
Masse Tonne t 1 t = 103kg
Zeit Sekunde s SI-Basiseinheit
Frequenz Hertz Hz 1Hz = 1/s
Geschwindigkeit m/s 1m/s = 3,6km/h
Beschleunigung m/s2 Normfallbeschleunigung
g = 9,806.65m/s2
n
Kraft Newton N 1 N = 1kg·m/s2
Impuls N·s 1N·s = 1kg·m/s
Druck Pascal Pa 1Pa=1N/m2 =1kg/(s2·m)
Arbeit, Energie, Joule J 1J = 1N·m = 1W·s
Wärmemenge = 1kg·m2/s2
Arbeit, Energie, Kilowattstunde kW·h 1kW·h = 3,6MJ = 860kcal
Wärmemenge
Arbeit, Energie, Elektronvolt eV 1eV = 160,218.92·10−21J
Wärmemenge
Leistung Watt W 1 W = 1J/s = 1N·m/s
= 1V·A = 1m2·kg/s3
el. Stromstärke Ampere A SI-Basiseinheit
Temperatur T Kelvin K SI-Basiseinheit
Celsius- Grad Celsius °C t/°C = T/K - 273,15
Temperatur t
Lichtstärke Candela cd SI-Basiseinheit
Stoffmenge Mol mol SI-Basiseinheit