Die dunkle Seite des Universums – im Netz des Kosmos

Dr. Cora Uhlemann, Newcastle University

Kommt mit auf eine großartige Reise durch die ganze Weite des Universum von seinen Anfängen bis in die Zukunft!

Seit Jahrhunderten beobachten Forscher den Kosmos anhand des Lichts. Aber im heutigen Zeitalter der Kosmologie rücken die verborgenen, dunklen Bestandteile in den Fokus! Nur mit der rätselhaften “dunklen Materie” und einer mysteriösen “dunklen Energie” können wir theoretische Modelle with den Beobachtungen in Einklang bringen.

Gemeinsam werden wir hinter die Kulissen schauen und sehen wie das ganze Universum von einem Spinnennetz dunkler Materie durchwebt ist. Wir werden entdecken wie die Strukturbildung das Tauziehen zwischen der Gravitation und der Expansion durch dunkle Energie aufzeichnet. Am Ende werden wir verstehen wie Messungen riesiger Galaxien-Karten unser kosmologisches Standardmodell und Einsteins Relativitätstheorie auf die ultimative Bewährungsprobe stellen.

Mikroresonatorbasierte Spektroskopie

Dr. Matthias Mader, LMU München

Optische Charakterisierung von einzelnen Nanosystemen bietet einen tiefen Einblick in ihre chemische und physikalische Struktur und kann beispielsweise Informationen über Form oder Zusammensetzung der Teilchen liefern. Da auch gleichartige Nanosystem individuell unterschiedlich sein können, ist es interessant, einzelne Teilchen zu studieren, um z.B. Abweichungen in Form und Größe zu beobachten. Es ist jedoch sehr schwierig, ein quantitatives Spektroskopiesignal von einzelnen Nanosystem, das über ein Fluoreszenzsignal hinaus geht, zu erhalten.

Um die sehr schwache Wechselwirkung der Nanosysteme mit Licht zu verstärken, verwende ich in meinen Experimenten mikroskopische Fabry-Pérot-Resonatoren, in denen das Licht vieltausendfach umläuft und damit die Wechselwirkung mit Materie verstärkt. Die Resonatoren sind entweder aus einem makroskopischen Planspiegel und einem Spiegel auf einer hochreflekitv beschichteten und mikrobearbeiteten Endfläche einer optischen Glasfaser oder aus zwei Spiegeln auf Faserenden aufgebaut und erlauben es, Nanoteilchen in trockener Umgebung aber auch unter Wasser zu detektieren und zu charakterisieren. Ich gebe eine Einführung in die Physik optischer Resonatoren  und zeige Experimente zur quantitaiven Bestimmung der Absorption und Dispersion von einzelnen Goldnanoteilchen sowie zur Dynamik von Glasteilchen in einer mikrofluidischen Zelle.

Eine weitere Anwendung dieser Resonatoren ist die photothermische Spektroskopie von kleinsten Gasmengen: hier bieten die Mikrocavities das Potential für kompakte, sensitive und unspezifische Sensoren z.B. für die Beobachtung von Klimagasen oder für Biomedizinische Anwendungen. Ich zeige erste Demonstrationsexperimente, die das Potential dieser Methode zeigen.