Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme

Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme

Einen magnetischen Monopol gibt es eigentlich nicht – gewöhnlich gelten Nord- und Südpol eines Magneten als untrennbar. In bestimmten magnetischen Festkörpern kann er jedoch auftreten, wie Forscher des Max-Planck-Instituts für Physik komplexer Systeme herausgefunden haben. Solch ein Festkörper stellt ein komplexes System dar, in dem das Ganze mehr ist als die Summe seiner Teile – daher kann auch ein magnetischer Monopol auftreten. Die Physiker entwickeln Theorien über derartige Phänomene – nicht nur in Festkörpern, sondern auch in einzelnen Atomen, in Molekülen oder kleinen Gruppen von Atomen, etwa wenn diese mit Licht wechselwirken. Sie wollen außerdem die physikalischen Prinzipien verstehen, nach denen in biologischen Zellen das Transportsystem oder die Zellteilung funktioniert. So unterschiedlich diese Systeme sind, liegen ihrem komplexen Verhalten doch weitgehend dieselben Prinzipien zugrunde.

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Nöthnitzer Str. 38
01187 Dresden
Telefon: +49 351 871-0
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Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat eine International Max Planck Research School (IMPRS):
IMPRS Many-Particle Systems in Structured Environments

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

Zentrum für Systembiologie in Dresden ist eröffnet
In der neuen Einrichtung sollen Forscher aus unterschiedlichen Disziplinen gemeinsam die Abläufe in Zellen untersuchen mehr
<p class="PM2Headline">Leibniz-Preis für drei Max-Planck-Wissenschaftler</p>

Ralph Hertwig, Frank Jülicher und Joachim P. Spatz erhalten die höchste wissenschaftliche Auszeichnung Deutschlands

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<p>Quantenkompass im Vogelauge</p>

Quantenkompass im Vogelauge

Meldung 20. Oktober 2014

Die empfindlichen Quantenzustände, die im Magnetsinn von Zugvögeln eine Rolle spielen sollen, lassen sich für ihre biologische Umgebung stabilisieren

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Grünalgen wackeln sich in den Takt

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Meldung 23. Oktober 2013
Max-Planck-Forscher in Dresden erklären, wie Algen ihre Schwimmarme synchronisieren mehr
Überleben unter Kannibalen

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Meldung 14. September 2012
Heuschrecken bewegen sich im Schwarm, um nicht ihren Artgenossen zum Opfer zu fallen mehr
Auf der Suche nach dem entscheidenden Wort
Symbolische Darstellung wie man Sprache in einer binär Sequenz darstellt und so Rückschlüsse auf den Inhalt des Textes ziehen kann. mehr
Eugene Myers wird Direktor am neuen Systembiologie-Zentrum
Max-Planck-Gesellschaft gründet in Dresden Zentrum zur Erforschung von komplexen biologischen Systemen mehr
Mitläufer fördern die Demokratie

Mitläufer fördern die Demokratie

Meldung 15. Dezember 2011
Die Mehrheit kann davon profitieren, wenn Individuen nicht informiert sind mehr
Ein Dipol aus zwei gleichen Atomen

Ein Dipol aus zwei gleichen Atomen

Meldung 24. November 2011
In einem Molekül aus zwei Rubidiumatomen entsteht ein Ungleichgewicht der Ladung, wenn ein Atom in einen Rydberg-Zustand angeregt wird mehr
Neue Kooperationsinitiative mit Südkorea gestartet
Gründungsversammlung der gemeinsamen Max Planck POSTECH/Korea Research Initiative hat in Pohang stattgefunden mehr
Schwache Passwörter ganz stark

Schwache Passwörter ganz stark

Meldung 14. April 2011
Einfache Codes ergeben mit Captchas, die zudem durch einen chaotischen Prozess verschlüsselt werden, einen wirksamen Passwortschutz mehr
Gruppendynamik im Innenohr

Gruppendynamik im Innenohr

Meldung 11. August 2010
Forscher haben herausgefunden, wie Haarbündel im Innenohr zur Verstärkung und Analyse akustischer Signale beitragen mehr
Forscher finden universelle Regeln für die Stabilität von Nahrungsketten mehr
Magnetische Monopole im Spineis

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Meldung 3. Februar 2009
Unzertrennlich sind der Nord- und der Südpol eines Magneten - für gewöhnlich. Doch in manchen Stoffen können sie sich einzeln bewegen und werden somit zu magnetischen Monopolen. mehr
Spermien auf Spiralkurs

Spermien auf Spiralkurs

Meldung 3. August 2007
Max-Planck-Forscher beschreiben erstmals mit einem Modell, wie Seeigel-Spermien ihren Weg zur Eizelle finden mehr
Was haben Fußball und Quantenmechanik gemeinsam? Es gibt bei beiden überraschende Wendungen, die sich schwer vorhersagen lassen. Immerhin folgt der Sport den Gesetzen des Alltags. Als Stürmer beherrscht Jens Hjörleifur Bárðarson den Ball, als Physiker die Regeln des Quantenuniversums. Der 35-jährige Forscher am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden beschäftigt sich mit atomaren Teilchen, die so manch verzwickte Spielzüge zeigen.
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Bakterielle Mikrokolonien als frühe Formen multizellulärer Organismen

2017 Zaburdaev, Vasily; Pönisch, Wolfram
Komplexe Systeme

Viele pathogene Bakterien wie zum Beispiel Neisseria Gonorrhoeae nutzen Typ-IV-Pili zur Bildung von Mikrokolonien. Diese Zellaggregate können aus mehreren tausend Zellen bestehen. Die durch Pili verursachten Zell-Zell-Kräfte beeinflussen die Dynamik der Zellen als Funktion ihrer Position innerhalb einer Kolonie. Dies kann die räumliche Genexpression und damit den Phänotyp der Zellen beeinflussen. Dieses Verhalten weist Parallelen zur embryonalen Entwicklung auf. Die bakterielle Mikrokolonie lässt sich somit als Modell eines multizellulären Organismus interpretieren.

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Topologische Ordnung und effiziente Simulationen von fraktionierten Quanten-Hall-Systemen

2016 Pollmann, Frank
Festkörperforschung Komplexe Systeme Materialwissenschaften

Phasen der Materie werden üblicherweise durch ihre Symmetriebrechung charakterisiert. Mit dem Quanten-Hall-Effekt wurde eine komplett neue Klasse von topologischen Phasen entdeckt, die sich diesem Prinzip entziehen. Diese Phasen enthalten nicht-lokale Anregungen, die als ideale Bausteine für einen fehlertoleranten Quantencomputer dienen könnten. Um topologische Phasen in realistischen Modellsystemen zu verstehen, müssen komplizierte Quantenvielteilchensysteme gelöst werden. Dies kann mithilfe von neuen, auf Einsichten aus der Quanteninformationstheorie beruhenden Algorithmen geschehen.

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Von den Anfängen der Quantenmechanik bis hin zu jüngsten Entwicklungen von Cavity-QED-Experimenten spielt die Physik von hoch angeregten Atomen seit Langem eine wichtige Rolle. In ultrakalten Gasen ist es nun möglich, die bemerkenswerten Eigenschaften dieser Atome präzise zu untersuchen und gezielt zu nutzen. mehr

Obwohl die Genome vieler Spezies sequenziert sind, wissen wir nur sehr wenig darüber, welche Unterschiede im Genom für phänotypische Unterschiede zwischen Spezies verantwortlich sind. Forward Genomics ist eine neue Methode, die wiederholte Evolution nutzt, um solche Assoziationen zwischen genomischen und phänotypischen Unterschieden zu finden. Für den wiederholt verlorengegangenen Phänotyp „Vitamin-C-Synthese“ kann dieser Ansatz das Vitamin C synthetisierende Enzym finden, und zwar nur mit der Suche nach Genen, die in allen nicht Vitamin C synthetisierenden Spezies neutral evolvieren.

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Falten, Kanäle, Nahrung und Biofilme

2013 Zaburdaev, Vasily
Entwicklungsbiologie Komplexe Systeme Mikrobiologie
Bei Bakterien denken wir häufig an schwimmende Zellen, aber die meisten bilden komplexe Gemeinschaften auf Oberflächen, sogenannte Biofilme. Biofilme verursachen unzählige Probleme, darunter Zahnverfall und ernsthafte Infektionen. Damit Biofilme wachsen und überleben, benötigen sie Nährstoffe; durch Diffusion allein würden sich diese in großen Biofilmen aber zu langsam verteilen. Große Organismen, wie der Mensch, besitzen daher Blutgefäße, in denen Nährstoffe schnell transportiert werden. Wir zeigen, dass in einigen Biofilmen ein ähnliches Netzwerk von Kanälen zum Nährstofftransport vorliegt. mehr

Menschliche dynamische Aktivitäten in Online-Diskussionsgruppen

2012 Altmann, Eduardo G.
Komplexe Systeme
Der Zugang zu Internetdaten erlaubt bisher unerreichte quantitative Untersuchungen von menschlichen Aktivitäten. Hier wird über Beobachtungen an Tausenden von Nutzern über mehr als 10 Jahre in Usenet-Onlinegruppen berichtet. Statistische Analysen von Worthäufigkeiten erlauben einen einzigartigen Einblick in die Interessen der Nutzer und in die Entwicklung der Sprache. mehr
Mit Methoden der molekularen Quantenoptik kann man ausloten, inwieweit sich elementare quantenmechanische Phänomene mit komplexen Objekten und auf großen Skalen realisieren lassen. Die betrachteten Phänomene reichen von der räumlichen Delokalisierung von Molekülkomplexen aus über einhundert Atomen bis zum Nachweis quantenmechanischer Verschränkung bezüglich makroskopisch unterscheidbarer Eigenschaften. mehr

Neuartige Ordnungsphänomene in frustrierten Quantenmagneten

2010 Läuchli, Andreas
Komplexe Systeme Quantenphysik
Magnetische Spin-Systeme sind vor allem für ihre kollektive magnetische Ordnung bekannt. In diesem Übersichtsbeitrag werden neuartige Möglichkeiten aufgezeigt, wie sich wechselwirkende magnetische Systeme verhalten, wenn Quantenfluktuationen und magnetische Frustration kooperieren. Diese neuartigen Phasen erweitern unser Verständnis von quantenmechanischen Vielteilchensystemen und sind möglicherweise von experimenteller Relevanz für existierende magnetische Materialien bei niedrigen Temperaturen. mehr

Selbstkompression hochintensiver Laserpulse

2009 Skupin, Stefan
Komplexe Systeme Plasmaphysik Quantenphysik
Die Erzeugung immer kürzerer Laserpulse ist eine große technologische Herausforderung. Bei deren Bewältigung haben wir jedoch einen wichtigen Verbündeten: den Laserpuls selbst. In so genannten Femtosecond Filaments können sich ultrakurze Lichtpulse selbst komprimieren. mehr

Transkription von mRNA: In der Pause liegt die Kraft

2008 Grill, Stephan
Genetik Komplexe Systeme
Um Proteine in unseren Zellen herzustellen wird die genetische Information der DNA in mRNA kopiert und schließlich in eine Polypeptidkette übersetzt. RNA Polymerase II ist für den ersten Schritt verantwortlich und kopiert diskontinuierlich, etwa die Hälfte der Zeit wird in Pausen verbracht. Experimentelle und theoretische Untersuchungen an einzelnen Polymerase-Molekülen deuten auf einen interessanten Pausen-Mechanismus hin, der als „Random Walk“ abläuft und Pausen sehr verschiedener Dauer erzeugen kann. mehr

Vielteilcheneffekte in mesoskopischen Systemen

2007 Hentschel, Martina
Festkörperforschung Komplexe Systeme
Kleine Systeme mit Ausdehnungen unterhalb eines Zehntel Millimeters verhalten sich anders als Metalle. Dies lässt sich anhand der Signaturen von Vielteilcheneffekten studieren. So reagieren Elektronen in solchen, auch experimentell zugänglichen, mesoskopischen Systemen qualitativ anders auf eine plötzliche Störung als Leitungselektronen in Metallen. Das führt im Signal der Röntgenabsorption zu charakteristischen Abweichungen vom wohlverstandenen metallischen Fall. mehr

Ultrakalte Plasmen und Rydberggase

2006 Pattard, Thomas; Pohl, Thomas; Ates, Cenap; Rost, Jan-Michael
Komplexe Systeme Plasmaphysik
Ultrakalte Plasmen und Rydberggase bilden die Grundlage für eine Fülle interessanter Fragestellungen, die auf den ungewöhnlichen Eigenschaften dieser Systeme beruhen. Niedrige Temperaturen einerseits, sowie hohe elektronische Anregung bei gleichzeitig vernachlässigbarer Translationsanregung andererseits erfordern eine Zusammenführung von Vorstellungen und Konzepten aus verschiedenen Bereichen der Physik. mehr

Mikroskopische Topologie und Makroskopische Elastizität von Polymeren

2005 Everaers, Ralf
Komplexe Systeme Materialwissenschaften
Die viskoelastischen Eigenschaften von Schmelzen langkettiger Polymere werden von topologischen Einschränkungen auf der molekularen Skala dominiert. Ähnlich zu verknoteten Seilen können Polymere nur aneinander vorbei gleiten, sich aber nicht durchkreuzen. Röhrenmodelle der Polymerdynamik und -rheologie basieren auf der Idee, dass die Fluktuationen von Kettenmolekülen durch Verschlaufungen mit anderen Polymeren auf röhrenförmige Raumbereiche um einen „primitiven Pfad“ beschränkt werden. Zur Etablierung der mikroskopischen Grundlagen dieses erfolgreichen phänomenologischen Modells haben wir ein Verfahren für die Analyse des topologischen Zustandes von Polymerschmelzen auf der Basis primitiver Pfade entwickelt. Die resultierenden, parameter-freien Vorhersagen für den Plateau-Schermodul der Schmelzen sind in guter Übereinstimmung mit experimentellen Werten. mehr

Propagation von Laserpulsen

2004 Becker, Andreas
Komplexe Systeme Plasmaphysik Quantenphysik
Ultrakurze intensive Laserpulse können in Luft und anderen Materialien in so genannten Laserfilamenten über weite Strecken propagieren. Dem Prozess liegt die Balance zweier nichtlinearer Effekte zugrunde, die Selbstfokussierung des Pulses durch den optischen Kerr-Effekt und seine Defokussierung durch das Plasma, das der Laser im Material erzeugt. Ergebnisse aus numerischen Rechnungen verdeutlichen die komplexe Dynamik der Propagation eines Laserpulses in Luft. Laserfilamente können potenziell als Blitzableiter dienen oder zur Analyse von Verunreinigungen der Atmosphäre genutzt werden. mehr
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