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Strukturbaum

 
Institut:   III. Physikalisches Institut - Biophysik
 
 
Aufgabe:  

Die Arbeiten des III. Physikalischen Instituts umfassen einen weiten Bereich der Angewandten Physik mit dem Schwerpunkt auf der Untersuchung von Schwingungen und Wellen, sowie nichtlinearen Prozessen unterschiedlichster Art. Schwingungen und Wellen kommen in allen Bereichen der Physik vor und faszinieren durch die Vielfalt der Erscheinungen vom Schall bis zum Licht immer wieder aufs Neue. Holographie, Solitonen, deterministisches Chaos, Strukturbildung, Sprache, Signalverarbeitung, die Wechselwirkung von Wellen mit (auch biologischer) Materie, selbsterregte Schwingungen, Schall aus Licht und Licht aus Schall: dies ist nur ein Ausschnitt aus den Forschungsgebieten am Institut für Schwingungsphysik. Experimentell kommt ein einmalig breites Spektrum an Methoden zum Einsatz (Akustik 1 Hz bis 10^10^ Hz, elektromagnetische Felder 10^3^ Hz bis 10^15^ Hz).

Derzeitige Forschungsschwerpunkte sind die nichtlineare Dynamik von Schwingungen und Wellen, Sonolumineszenz, Synchronisation, Deterministisches Chaos, Kurzzeitoptik und Kavitation, Sprache, zelluläre und molekulare Biophysik und Flüssigkeitsphysik.

Im Jahr 2005 wurden 71 Publikationen, 12 Diplomarbeiten und 10 Dissertationen erstellt.

**Nichtlineare Physik**

Hauptarbeitsgebiete: Nichtlineare Dynamik, Kavitation und ultrakurze Laserpulse. In der Nichtlinearen Dynamik werden u.a. die optimierte Steuerung chaotischer Systeme, Methoden der Zeitreihenanalyse, Strukturbildung und die Synchronisation nichtlinearer gekoppelter Systeme, einschließlich ihrer Anwendungen z.B. bei der Parameteridentifikation untersucht. Ein Programmpaket zur Zeitreihenanalyse ([TSTOOL]http://www.physik3.gwdg.de/tstool/indexde.html ) wurde entwickelt. Experimentell wird u.a. die chaotische Dynamik von Schwingungssystemen (Laser) bearbeitet. Die Strukturbildung bei der akustischen Kavitation wird experimentell (Hochgeschwindigkeitsfotografie, holographische Kinematographie, digitale Hologrammauswertung) und theoretisch (Kontinuums- und Teilchenmodelle, Wechselwirkungen zwischen Blasen) untersucht. Experimente an optisch erzeugten Kavitäten geben Aufschluss über die Erosionsmechanismen beim Blasenkollaps in der Nähe von Grenzflächen. Experimentelle Untersuchungen der Sonolumineszenz in Einzel- und Vielblasensystemen werden durch theoretische Arbeiten zur Stabilität levitierter Blasen und molekulardynamische Arbeiten zum Blasenkollaps begleitet. Mit einem fs-Lasersystem werden Experimente zum ultrakurzen optischen Schalten, zur Selbstfokussierung, Stoßwellen- und Blasenbildung sowie zur Blasenlumineszenz durchgeführt. Die Ausbreitung optischer Solitonen in Fasern mit sättigbarer Nichtlinearität wird numerisch behandelt. Die Arbeiten werden zum Teil von DFG, BMBF, Volkswagen-Stiftung und Industrie sowie im Graduiertenkolleg "Strömungsinstabilitäten und Turbulenz" gefördert. ([Lauterborn]http://WWW.DPI.Physik.Uni-Goettingen.DE/Personen/Lauterborn/index.html , [Parlitz]http://WWW.DPI.Physik.Uni-Goettingen.DE/~ulli , [Kurz]http://WWW.DPI.Physik.Uni-Goettingen.DE/~tkurz , [Mettin]http://WWW.DPI.Physik.Uni-Goettingen.DE/~robert/ und Mitarbeiter)

**Dynamik von Strömungen** (bis März 2007)

Die Arbeitsgruppe widmete sich im Bereich "Strömungsakustik" vorrangig strömungsakustischen Schallverstärkungmechanismen in Kanälen mit speziellen Wandauskleidungen, aber auch der instationären Strömungsablösung als akustischer Randbedingung. Im Bereich "Dynamische Steuerbarkeit von Strömungen" wurden mehrere instabile Modellströmungen, nämlich die ablösende laminare Scherschicht, das Strahl-Kanten-System, die laminare Wandgrenzschicht und die turbulente Rohrströmung untersucht. Dabei kamen mehrfach adaptive Verfahren zum Einsatz. Im Projekt "Turbulente Kanalströmung mit longitudinal schwingender Wand" wurden anhand der numerisch simulierten Strömung neue Erkenntnisse über die zeitliche Modulierbarkeit der räumlich-zeitlichen Struktur der Turbulenz erzielt. Die überwiegend von der DFG geförderten Arbeiten wurden zum Teil im Graduiertenkolleg "Strömungsinstabilitäten und Turbulenz" durchgeführt. ([Ronneberger]http://WWW.DPI.Physik.Uni-Goettingen.DE/Personen/Ronneberger/index.html und Mitarbeiter)

**Sprache und neuronale Netzwerke**

Das Verständnis der menschlichen Sprachproduktion und des Gehörs findet viele aktuelle Anwendungen, etwa im Bereich der Mensch-Maschine-Kommunikation (Spracherkennung, Sprachsynthese) und in der phoniatrischen Diagnose und Behandlung von Stimmstörungen. Wir untersuchen die Sprache aus akustisch-physikalischer und signaltheoretischer Sicht, bilden Modelle und entwickeln grundlegende Verfahren zu den genannten Anwendungsgebieten. Dabei werden Methoden der digitalen Signalverarbeitung und auch neuronale Netze eingesetzt. ([Schroeder]http://www.physik3.gwdg.de/~mrs , [Strube]http://www.physik3.gwdg.de/~strube/ und Mitarbeiter)

**Molekulare Flüssigkeitsphysik**

Erforschung der Molekül-Wechselwirkungen, -Anordnungen und -Bewegungen in überwiegend wässrigen Lösungen, teils mit biophysikalischer Relevanz (Phospholipid-Membranen, Proteine, Kohlehydrate). Die Untersuchungen erfolgten überwiegend mittels dielektrischer Spektroskopie (1 kHz - 75 GHz) und Ultraschallspektroskopie (10 kHz - 5 GHz), Lichtstreuung und Scherimpedanzspektroskopie (1 MHz - 100 MHz). Einen Forschungsschwerpunkt bildeten vorkritische und kritische Konzentrations- und Dichtefluktuationen. Die Vorhaben wurden überwiegend durch die DFG und die Volkswagen-Stiftung gefördert. ([Kaatze]http://www.physik3.gwdg.de/~uka/ und Mitarbeiter)

**Biophysik ** (since January 2006)

The research program of the group is focused on experimental studies of biological and biologically inspired systems, as well as soft condensed matter systems. We are fascinated by the enormous complexity of biological systems and the many unsolved and immediately relevant problems they present to science. Close to nothing is known about the physics of cells in comparison to the immense amount of knowledge that has been accumulated about the chemistry and the static structure of living cells and their components. This is due to the complexity of the systems and to the lack of experimental methods that can access the larger scale dynamic properties of biomolecules and of macromolecular aggregates up to those of a whole cell. The situation is changing with the development of techniques that can directly observe functioning single macromolecules. With such direct access to a microscopic level, the stage is set to explore the physics of cells and at the same time learn new physics in tackling the conceptual challenges presented for example by complexity and non-equilibrium thermodynamics.

The general theme relating the research projects in the group is the study of dynamic physical properties of complex biological macromolecules and their assemblies up to the level of cells, using a combination of microscopies, scattering techniques and single molecule manipulation techniques, such as optical tweezers, atomic force microscopy and single-molecule fluorescence microscopy, combined with physical modeling. (Schmidt, Lakämper, and staff)

Personal: