Grundlagen der Natur

Ob fest, gelartig oder flüssig ist entscheidend: Feinstaubpartikel tragen wesentlich zur Luftverschmutzung bei. Durch Reaktionen mit anderen Luftschadstoffen verändern sich diese Partikel mit der Zeit, sie altern. Der Alterungsprozess hängt wesentlich von der Luftfeuchte ab, und damit auch die Auswirkungen von Feinstaubpartikeln auf unsere Gesundheit und unser Klima. Dies zeigen gemeinsame Versuche von Wissenschaftlern des Paul Scherrer Instituts PSI und des Max-Planck-Instituts für Chemie sowie der Universität Bielefeld in Deutschland.

Ein internationales Forschungsteam hat eine neue Methode entwickelt, mit der man detaillierte Röntgenbilder von Hirngewebe erstellen kann. Die Methode wurde verwendet, um die Myelinscheide der Nervenfasern sichtbar zu machen. Schäden an der Myelinscheide führen zu verschiedenen Erkrankungen wie etwa Multiple Sklerose. Die Anlage, an der diese Aufnahmen erstellt werden können, wird an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des Schweizer Paul Scherrer Instituts betrieben.

Materialforschung in neuer DimensionViele Materialien haben eine spezielle kristalline Struktur à ihre Atome sind übereinander in Schichten angeordnet. Ein deutsch-schweizerisches Forscherteam hat zum ersten Mal präzise beobachtet, wie die physikalischen Eigenschaften einer Substanz von der Zahl dieser Schichten abhängen. Dass sich die physikalischen Charakteristika nun auch auf diese Weise kontrollieren lassen, eröffnet neue Möglichkeiten, Stoffe zu identifizieren, aus denen die Computerchips der Zukunft gemacht sein könnten.

Fachhochschule und PSI freuen sich über die gemeinsame ArbeitDie Physiklaborantenlernenden Severin Jörg und Mathias Graf vom Paul Scherrer Institut PSI und ihr Berufskollege Thomas Rastija von der NTB Interstaatliche Hochschule für Technik in Buchs (SG) haben eine kleine Box entwickelt, die Geschwindigkeitsexzesse mit dem Auto verhindert. Das mittlerweile patentierte und von „Schweizer Jugend forscht“ mit „hervorragend“ ausgezeichnete Projekt heisst Setomat und ist das Resultat der Berufsmaturitätsarbeit des aufgeweckten Trios.

Für seine Arbeiten zur Erzeugung von Syngas aus Kohlendioxid und Wasser mithilfe konzentrierter Sonnenenergie erhält Aldo Steinfeld, Leiter des Labors für Solartechnik am Paul Scherrer Institut und Professor für Erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich, den Golden Idea Award der IDEE-SUISSE, der Schweizerischen Gesellschaft für Ideen- und Innovationsmanagement. Syngas ist eine Vorstufe verschiedener flüssiger Treibstoffe.

Am Anfang des Sehvorgangs steht die Wechselwirkung des Lichts mit dem Protein Rhodopsin. Dieses enthält den eigentlichen Lichtsensor, der angeregt wird, seine Form zu verändern und so den Rest des Vorgangs anzustossen. Forscher haben die Struktur des Rhodopsinmoleküls in dem kurzlebigen angeregten Zustand bestimmt und so ein genaues Bild der ersten Stufe des Sehvorgangs geliefert.

Forschende des Paul Scherrer Instituts haben zusammen mit Kollegen aus China und den USA gezeigt, dass die Klimaerwärmung nicht alleine für die Gletscherschmelze im Himalaya verantwortlich ist. Auch Russ, der auf dem Gletscher abgelagert wird, trägt dazu bei. Der Russ entsteht, wenn Öl oder Holz verbrannt werden; Wind transportiert ihn dann in den Himalaya.

In menschlichen Zellen finden sich stammesgeschichtlich sehr alte Funktionseinheiten, die als Centriolen bezeichnet werden. Ein Forscherteam vom PSI und der ETH Lausanne hat nun erstmals ein Modell für die Bildung der Centriolen vorgestellt. Das erstaunende Ergebnis ist, dass die Neuner-Symmetrie des Centriols durch die Fähigkeit eines einzelnen Proteins sich selbst zu organisieren zustande kommt.

Eine neue Messung der Lebensdauer des Myons à die genaueste Bestimmung einer Lebensdauer in der Welt der kleinen Teilchen à liefert einen hochgenauen Wert für einen Parameter, der für die Bestimmung der Stärke der schwachen Kernkraft entscheidend ist. Die Experimente wurden von einem internationalen Forschungsteam am Paul Scherrer Institut durchgeführt.

Ribosomen sind die Proteinfabriken der lebenden Zellen à und selbst auch hochkomplexe Biomoleküle. Eine französische Forschungsgruppe hat nun erstmals die Struktur von Ribosomen in eukaryotischen Zellen bestimmt, also in komplexen Zellen, die über einen Zellkern verfügen. Ein wesentlicher Teil der Experimente wurde an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des Paul Scherrer Instituts durchgeführt.

Das Paul Scherrer Institut PSI und die Belenos Clean Power AG haben ein Brennstoffzellensystem entwickelt, das das Potenzial aufweist, kostengünstig in einen Kleinwagen eingebaut zu werden, der dann über seine Lebenszeit ähnlich viel kosten würde wie ein herkömmliches Auto. Für diesen wichtigen Schritt in Richtung umweltfreundliche Mobilität erhalten PSI und Belenos den Watt d’Or 2011.

Einem Forschungsteam um Aldo Steinfeld ist es gelungen, mit Solarenergie aus Wasser und Kohlendioxid Treibstoff zu erzeugen. Dazu haben die Wissenschaftler einen Solar-Reaktor entwickelt, in dem konzentrierte Sonnenstrahlung das dafür nötige thermochemische Verfahren antreibt.

Forschern ist es gelungen, magnetisch polarisierte Elektronen mit elektrischen Feldern zu beeinflussen. Diese wichtige Entdeckung könnte es ermöglichen, die Eigenschaften von Elektronen in einem Computerchip gleichzeitig für Verarbeitung und Speicherung von Daten zu nutzen. In Zukunft könnte dies die Entwicklung erheblich sparsamerer und leichterer elektronischer Geräte aller Art ermöglichen.

Magnetisierbare Materialien sind nie völlig unmagnetisch, sondern enthalten immer magnetisierte Bereiche à die magnetischen Domänen. In einem Experiment am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) konnten diese Domänen erstmals in ihrer dreidimensionalen Struktur abgebildet werden. Der Versuch beruhte auf einer Weiterentwicklung eines am Paul Scherrer Institut entstanden Verfahrens und nutzte neutronenoptische Komponenten, die am PSI hergestellt worden sind.

Wissenschaftler am Paul Scherrer Institut entwickelten ein neues Verfahren, das auch zur Entwicklung von neuen Medikamenten genutzt werden kann.Die Gentechnik ist aus der modernen Biologie nicht mehr wegzudenken. Sie liefert Werkzeuge, mit denen Forscher Gene aus dem Erbgut von Zellen herausschneiden, verändern und einfügen können. Die stabile Einführung mehrerer Gene in Säugetierzellen gilt zwar als Schlüsseltechnologie, die verfügbaren Methoden waren bislang aber äusserst ineffizient. Wissenschaftler am PSI haben nun eine neuartige Technik entwickelt.

In einem starken Magnetfeld bilden Hochtemperatursupraleiter Flussschläuche à dünne Kanäle, in denen das Feld den Supraleiter durchdringen kann. Diese parallelen Schläuche ordnen sich meist in regelmässigen Mustern an. Nun haben zwei Physiker gezeigt, dass eine solche Anordnung von der Richtung des äusseren Magnetfelds abhängen muss. Grundlage dieser Ergebnisse ist eine mathematische Aussage, die als „Satz vom Igel“ bekannt ist.

Seit Jahrzehnten suchen Forschende nach magnetischen Monopolen à einzelnen magnetischen Ladungen, die sich wie einzelne elektrische Ladungen alleine bewegen könnten. Nun ist es einem Team von Forschenden des Paul Scherrer Instituts und des University College Dublin gelungen, Monopole als Quasiteilchen in einer Anordnung von nanometergrossen Magneten zu erzeugen und ihre Bewegung unmittelbar zu beobachten.