• Die 1963 gegründete Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung ist eine private Stiftung des bürgerlichen Rechts zur Förderung der Forschung und Ausbildung auf dem Gebiet der Naturwissenschaften.

  • Seminar im „WE-Heraeus-Hörsaal“ des Physikzentrums Bad Honnef. Die Reihe „WE-Heraeus-Seminare“ ist das Flaggschiff im Förderprogramm der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung.

  • Die Stiftung fördert Lehrerfortbildungen zur Teilchenphysik, Quantenphysik oder Astronomie, die z.B. am XLAB in Göttingen durchgeführt werden.

  • Schüler-Observatorium auf dem Dach eines Gymnasiums: An 6 identischen Teleskopen kann eine komplette Klasse Sterne und die Sonne beobachten. Ein Beitrag der Stiftung zum modernen Physikunterricht.

  • Die Stiftung initiiert und finanziert Buchproduktionen zur Verbreitung von Faktenwissen über gesellschaftlich bedeutende Themen (für SchülerInnen) sowie zur Ausbildung von LehrerInnen.

617. Wilhelm und Else Heraeus-Seminar

Quantifying Complex Transport with Lévy Walks: From Cold Atoms to Humans and Robots

 

Ein Nanocluster aus Gold, der über Graphit dahintreibt, ein Albatros auf der Jagd nach Fisch, T-Zellen, die ein Pathogen verfolgen und Sammler vom Stamm der Hazda – bei all diesen Beispielen zeigt die Bewegung ein Muster, bei dem die Längenverteilung der Wegstücke durch ein Potenzgesetz beschrieben werden kann. Die Varianz einer Gauss-Verteilung nimmt zeitlich gesehen linear zu, bei den hier genannten Vorgängen ist jedoch ein schnellerer Zuwachs zu verzeichnen. Diese Muster lassen sich detailgetreu mit einem Modell nachbilden, dessen Grundkonstruktion recht einfach ist: den sog. Lévy Walks.

 

Mit diesem Modell wurden bereits erfolgreich zahlreiche nicht-triviale Ausbreitungsprozesse beschrieben und immer wieder ergeben sich neue Anwendungsmöglichkeiten – in der Festkörperphysik, der Umweltforschung, bei der Planung von Mobilfunknetzen, in der Robotik, ja sogar in der Kriminologie. Vasily Zaburdaev (MPIPKS Dresden) stellte in einem mitreißenden Kolloquiumsvortrag das Themengebiet, seinen aktuellen Stand, seine Geschichte und seine Perspektive zusammenfassend dar.

 

Warum bewegt sich ein Albatros, ein Lebewesen, das so viel intelligenter ist als ein Nanocluster aus Gold, nach demselben Muster? Manche Forscher begründen dies damit, dass Lévy Walks die optimale Suchstrategie zum Auffinden einiger weniger auf einem großen Gebiet zufällig verteilter Zielobjekte seien. Zu diesem Thema gab es mehrere Vorträge. Sie lösten hitzige Debatten aus, und immer wieder kam die Grundsatzfrage auf: „War das Absicht von Mutter Natur?“ Natürlich wurden einige Wissenschaftler skeptisch und behaupteten, dass die Bewegungsmuster von Tieren auf Futtersuche nichts mit Lévy Walks zu tun hätten. Die vermeintlichen Ergebnisse seien lediglich Messartefakte. Hierzu berichtete Rainer Klages in seinem Vortrag über die Arbeit einer „Advanced Study Group“ zum Thema Futtersuche, die er am MPIPKS leitete: Nach sechs Monaten intensiver Studien kam sie zu dem Schluss, dass „mehr Daten benötigt“ würden – „Lévy Walk-Muster bei der Futtersuche von Tieren“ bleiben also offenkundig eine Herausforderung.

 

Eine ganze Reihe von Vorträgen war der Diffusion von kalten Atomen in optischen Potentialen gewidmet. Die experimentellen Ergebnisse, die Nir Davidson (Weizmann Institute of Science) vorstellte, zeigen die Lévy Walk-artige Diffusion in der räumlichen Ausbreitung kalter Atome auf. Anschließend beleuchteten mehrere Vorträge theoretische Erklärungen und die entsprechenden stochastischen Modelle. Die komplementären Phänomene, insbesondere Lévy Walks von Photonen in heißen atomischen Gasen, stellte Robin Kaiser (Université Nice) vor.

 

Der Dank der Organisatoren gilt der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung, durch deren großzügige Förderung dieses Seminar ermöglicht wurde.

 

Prof. Dr. Sergey Denisov, Prof. Dr. Peter Hänggi, Universität Augsburg
Prof. Dr. Eli Barkai, Bar-Ilan University, Israel