ETH-News

Seinen Doktor in Mathematik machte Raphael Steiner mit 21 Jahren. Jetzt f?rdert der Schweizerische Nationalfonds seine Forschung an der ETH Z¨¹rich auf dem Gebiet der Graphen-Theorie. Dabei geht es unter anderem um den Beweis einer ¨¹ber 80 Jahre alten Vermutung.

Der Marskern aus fl¨¹ssigem Eisen ist kleiner und dichter als gedacht. Dar¨¹ber gibt es eine Schicht aus fl¨¹ssigem Mantelmaterial. Das schliessen ETH-Forscher aufgrund von seismischen Daten der Sonde InSight.

Die Schwerkraft h?lt die Erde in ihrer Umlaufbahn und uns auf dem Boden. Aus dem All bestimmen Satelliten die Beschleunigung infolge der Gravitationskraft der Erde.

Mit angewandter Mathematik findet Yunan Yang L?sungen f¨¹r sogenannte inverse Probleme, die in der Seismologie, bei Wettervorhersagen oder beim maschinellen Lernen auftreten. Der Schl¨¹ssel zum Erfolg heisst optimaler Transport.

Dank eines starken Bebens auf dem Mars konnten Forschende der ETH Z¨¹rich die globale Dicke der Kruste des Planeten bestimmen. Im Durchschnitt ist die Marskruste mit 42 bis 56 Kilometern viel dicker als diejenige der Erde oder des Mondes.

Die Wirkung von Feinstaub auf Wolken ist eine der gr?ssten Unsicherheiten in den Prognosen zum Klimawandel. Yu Wang erforscht mit Hilfe von maschinellem Lernen und Satellitendaten, die ¨¹berraschende Rolle der winzigen Partikel in der Atmosph?re.

Seit Milliarden von Jahren gibt es Leben auf unserem Planeten. Stabilisierende Mechanismen haben dazu beigetragen, dass die Erde auch heute noch lebensf?hig ist.

Wie sickert Wasser durch einen por?sen Stein? Die Untersuchung dieser Frage mit einem mathematischen Modell war der Ausgangspunkt f¨¹r das Forschungsgebiet von Barbara Dembin. Die Mathematikerin erarbeitet neue Erkenntnisse in der sogenannten Perkolationstheorie.

Nach zwei grossen Meteoriteneinschl?gen auf dem Mars beobachteten Forschende erstmals ausserhalb der Erde seismische Wellen, die sich entlang der Oberfl?che eines Planeten ausbreiteten. Die Daten der Marsbeben wurden von der Nasa-Sonde InSight aufgezeichnet und an der ETH Z¨¹rich analysiert. Sie liefern neue Erkenntnisse ¨¹ber die Struktur der Marskruste.

Als Mathematiker befasst sich Oliver Janzer mit Graphen. Darunter versteht man Gebilde aus Punkten, die miteinander verbunden sind oder nicht, wie beispielsweise die User von Facebook. Als ETH Fellow l?st der junge Forscher jahrzehntealte mathematische Probleme.

Als Zahlentheoretikerin forscht Sarah Zerbes auf einem der ?ltesten, aber auch aktuellsten Gebiete der Mathematik. Ihre Arbeit ist eng verkn¨¹pft mit einem der grossen, mathematischen Probleme, f¨¹r deren L?sung eine Million US-Dollar ausgesetzt sind.

Sylvain Lacroix forscht an den Grundlagen der Physik. Das ist spannend, doch gedanklich ?usserst fordernd. Der theoretische Physiker befasst sich als Advanced Fellow am Institut f¨¹r theoretische Studien ITS mit anspruchsvollen Gleichungen, die nur deshalb exakt l?sbar sind, weil sie sehr viele Symmetrien aufweisen.

Forscher der ETH Z¨¹rich und der Universit?t Z¨¹rich konnten erstmals mithilfe seismischer Daten ins Innere des Mars blicken. Marsbeben, aufgezeichnet von der NASA-Sonde InSight, lieferten Informationen ¨¹ber die Struktur von Kruste, Mantel und Kern des Planeten.

Phobos und Deimos sind die ?berreste eines gr?sseren Marsmondes, der vor 1 bis 2,7 Milliarden Jahren in St¨¹cke gerissen wurde. Dies schliessen Forscher des Instituts f¨¹r Geophysik der ETH Z¨¹rich, des Physik-Instituts der Universit?t Z¨¹rich, und das?U.S. Navy Observatory aufgrund von Computersimulationen und seismischen Aufzeichnungen der Marsmission Insight.

Eine internationale Forschungskollaboration mit ETH-Beteiligung hat in Experimenten am Paul Scherrer Institut PSI den Radius des Atomkerns von Helium f¨¹nfmal pr?ziser gemessen als jemals zuvor. Mit dem neuen Wert lassen sich fundamentale physikalische Theorien testen.

Gesteinsplaneten und Gas- oder Eisriesen: Eine neue Theorie erkl?rt, warum sich das innere Sonnensystem so stark vom ?usseren unterscheidet. Diese widerspricht g?ngigen Lehrmeinungen und wurde von einer internationalen Forschungsgruppe mit Beteiligung der ETH Z¨¹rich aufgestellt.

Das Seismometer der Nasa-Mission Insight, dessen Elektronik an der ETH Z¨¹rich gebaut wurde, zeichnet nicht nur Marsbeben auf, sondern reagiert erstaunlicherweise auch auf Sonnenfinsternisse: Zieht der Marsmond Phobos direkt vor der Sonne vorbei, kippt das Instrument ein wenig zur Seite. Der winzige Effekt k?nnte bei der Erforschung des Inneren des Planeten helfen.

Ein Teil des Materials, aus dem die Erde entstand, war Sternenstaub von roten Riesensternen. Dies fanden Forschende der ETH Z¨¹rich heraus. Sie k?nnen auch erkl?ren, warum die Erde mehr von diesem Sternenstaub enth?lt als der weiter von der Sonne entfernte Planet Mars und die Asteroiden.

Die feste Oberfl?che und das ausgeglichene Klima verdankt die Erde teilweise einem massereichen Stern in der N?he der Sonne, als diese geboren wurde. W?ren die radioaktiven Elemente dieses sterbenden Sterns nicht ins fr¨¹he Sonnensystem eingespeist worden, w?re unser Heimatplanet eine lebensfeindliche Eis- und Wasserw¨¹ste. Das ist das Ergebnis von Computersimulationen zur Planetenentstehung.

Astrophysiker von Universit?t und ETH Z¨¹rich zeigen, wie die Eismonde von Uranus entstanden sind. Ihr Ergebnis deutet darauf hin, dass solche potenziell bewohnbaren Welten im Universum viel h?ufiger vorkommen, als bisher angenommen. ?

Unsere Sonne durchlief vor gut 4,5 Milliarden Jahren eine aktive Phase, w?hrend der sie viel st?rker strahlte als heute. Dies schliessen Forschende aufgrund von Messungen, die sie an der ETH Z¨¹rich mit einem weltweit einzigartigen Instrument durchgef¨¹hrt haben.

Mit einem Instrument am ?Very Large Telescope? in Chile beobachteten Astronomen der ETH Z¨¹rich eine ¨¹berraschende Vielfalt von Scheiben aus Gas und Staub bei jungen sonnen?hnlichen Sternen. Die Daten helfen, die Entstehung von Planeten besser zu verstehen.

Von ?Star Trek? inspiriert interessiert sich Judit Szul¨¢gyi seit ihrer Kindheit f¨¹r Planeten und Galaxien. Heute geh?rt die ETH-Astrophysikerin laut Forbes in Europa zu den 30 einflussreichsten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter 30 Jahren. Im Video erz?hlt sie, wie sie mit Computersimulationen die Entstehung von Riesenplaneten erforscht und warum sie diesen Weg ¨¹berhaupt eingeschlagen hat.

Wenn ein Meteorit durchs All fliegt, hinterl?sst die Sonnenstrahlung auf seiner ?ussersten Schicht Spuren. Ein Team um ETH-Forscher Antoine Roth hat eine neue Analysetechnik entwickelt, die solche Spuren aufdeckt und eine Rekonstruktion der Weltraumfahrt des Meteoriten erm?glicht.

Asteroiden schlagen nicht in regelm?ssigen Zeitabst?nden geh?uft auf der Erde ein wie bisher vermutet. Zu diesem Schluss kommen Erdwissenschaftler der ETH Z¨¹rich und der schwedischen Universit?t Lund. Sie analysierten Einschlagkrater, die in den letzten 500 Millionen Jahren entstanden sind, und konzentrierten sich dabei auf pr?zis datierte Ereignisse.

Junge Planeten werden aus Gas und Staub gebildet. Um herauszufinden, was bei ihrer Geburt genau passiert, simulierten Forschende der ETH Z¨¹rich sowie der Universit?ten von Z¨¹rich und Bern unterschiedliche Szenarien am Schweizer Supercomputerzentrum (CSCS). ?

ETH-Forschende haben die Sternbildung in weit entfernten Galaxien untersucht und eine unerwartete Entdeckung gemacht: Ein heute bestehender Zusammenhang zwischen dem Anteil schwerer chemischer Elemente in einer Galaxie und der Rate, mit der in dieser Galaxie neue Sterne entstehen, war vor zehn Milliarden Jahren noch nicht g¨¹ltig. Diese Beobachtung hilft Wissenschaftlern ?aufzudecken, wie ¨¹ber Jahrmilliarden Galaxien mit ihren Sternen und Planeten geformt wurden.

Im Zentrum der meisten Galaxien steckt ein Schwarzes Loch. Die meisten dieser Schwarzen L?cher haben im Vergleich zu ihrer Galaxie nur wenig Masse. ETH-Forscher haben nun ein besonders massereiches Schwarzes Loch entdeckt. Es ist offenbar so schnell gewachsen, dass die Heimatgalaxie im Wachstum nicht mithalten konnte. Dies stellt bisherige ?berlegungen zur Entwicklung von Galaxien infrage.

Astronomen der ETH Z¨¹rich haben die Existenz eines jungen, gasf?rmigen Riesenplaneten best?tigt. Dieser liegt noch immer mitten in einer Scheibe aus Gas und Staub, die seinen Mutterstern umgibt. Damit k?nnen Wissenschaftler erstmals die Planetenentstehung in einem sehr fr¨¹hen Stadium direkt untersuchen.

Vor ¨¹ber 150 Jahren entdeckte William Thomson, der sp?tere Lord Kelvin, den magnetoresistiven Effekt, mit dessen Hilfe heute Sensoren die Autoraddrehzahl messen oder die Kompassnavigation und Robotersteuerungen erm?glichen. Jetzt haben ETH-Materialwissenschaftler eine neue Art Magnetowiderstand gefunden, der weitere Erkenntnisse in der Grundlagenforschung verspricht und sich dereinst vielleicht auch praktisch anwenden l?sst.

Ursula Kellers Spezialgebiet sind ultrakurze Laserpulse. Zusammen mit ihrer Gruppe entwickelt die ETH-Professorin zurzeit neue Messtechniken und neuartige Halbleiterlaser, f¨¹r den es Anwendungen in jedem Haushalt geben k?nnte. F¨¹r ihre Leistungen erh?lt Ursula Keller am 13. Mai 2015 in Kalifornien einen renommierten Preis, den OSA Charles H. Townes Award.

Gleiche Ladungen stossen sich normalerweise ab. Nicht so an der Grenzfl?che zwischen Luft und Wasser. Hier haben ETH-Forscher bei Nanopartikeln ein ungew?hnliches Ph?nomen beobachtet und eine Erkl?rung daf¨¹r gefunden.

Im Labor von Jonathan Home halten raumf¨¹llende Apparaturen winzige Ionen gefangen, um diese in spezielle Quantenzust?nde zu versetzen ¨C vielleicht ein erster Schritt zum Bau eines Quantencomputers.

In Experimenten mit ultrakalten Atomen und Laserlicht haben ETH-Forscher beobachtet, dass sich die Leitf?higkeit beim Fluss durch kleinste Strukturen stufenweise ?ndert. Dieser Quanteneffekt wurde noch nie bei elektrisch neutralen Teilchen gemessen.

Mit einer Kombination aus Festk?rperphysik und Quantenoptik erzeugen ETH-Forscher im Labor neuartige Vielteilchen-Zust?nde, f¨¹r die es bisher keine theoretische Erkl?rung gibt. Die Experimente k?nnten eventuell ein erster Schritt zur Entwicklung von Quantencomputern auf der Basis von Photonen sein.

Starke Eruptionen auf der Sonne k?nnen auf der Erde Kommunikations- und Stromnetze lahm legen. ETH-Physiker zeigen, wie die gigantischen Ausbr¨¹che entstehen, und legen damit einen Baustein f¨¹r k¨¹nftige Voraussagen.

In Experimenten mit dem ?Wundermaterial? Graphen konnten ETH-Forscher ein Ph?nomen nachweisen, das ein russischer Physiker vor ¨¹ber 50 Jahren vorhergesagt hatte. Sie untersuchten eine Schichtstruktur, von der sich die Fachleute ungeahnte M?glichkeiten erhoffen.

?ber zehn Millionen Dollar bezahlten Google und der amerikanische R¨¹stungskonzern Lockheed Martin f¨¹r einen Quantenrechner, von dem man nicht weiss, was er kann. Wie sich solche Ger?te richtig testen lassen, hat ein Team unter der Leitung von ETH-Professor Matthias Troyer untersucht und dabei f¨¹r Wirbel gesorgt.

Wer garantiert, dass teures Oliven?l nicht gef?lscht oder gepanscht wurde? Ein unsichtbares Etikett, entwickelt von ETH-Forschern, k?nnte diese Aufgabe erf¨¹llen. Das Label besteht aus winzigen, magnetischen DNA-Partikeln, die in einer Silikonh¨¹lle verpackt und dem ?l beigemischt werden.

Heisser Schaum k?nnte Kriminelle k¨¹nftig in die Flucht schlagen, wenn sie einen Geldautomaten besch?digen. ETH-Forscher haben eine Folie entwickelt, die bei Zerst?rung heftig reagiert. Vorbild war ein K?fer, der Angreifer mit einer Gasexplosion vertreibt.

Europa kann eine erhebliche Verknappung der Erdgas-Lieferungen verkraften, vorausgesetzt die Verteilstrategie ist fair. In einem Modell zeigen ETH-Forscher, wie das Pipeline-Netz Ausf?lle am besten abfedern kann.