Nils O. Andersen (formand), Hanne N. Christensen, Claus U. Hammer, John Renner Hansen (næstformand), Steffen Bo Hansen, Per Hedegård, Åke Nordlund, Kristoffer Haldrup, Michael Galouzis.

Afdelingsbestyrelse for AO

Henning Jørgensen (formand), Jens Knude, Åke Nordlund, Per Kjærsgaard Rasmussen (næstformand), Karl Augustesen, Niels Michaelsen, Lise Christensen, Brian Lindgren Jensen.

Afdelingsbestyrelse for GA

Aksel Walløe Hansen (formand), Klaus Mosegaard, Charlotte Barnkob, Niels Kristian Højerslev, Steffen Bo Hansen.

Afdelingsbestyrelse for NBI

Jens Lyng Petersen (formand), Gudrun Hagemann (næstformand), Hans Bøggild, Jette Sørensen, John Renner Hansen, Mogens Høgh Jensen, Poul Olesen, Ulla Holm, Børge Svane Nielsen, Ulrik Beierholm, Jakob Svagin, Peter Zeiler Skands.

Afdelingsbestyrelse for ØL

Finn Berg Rasmussen (formand), Per Hedegård (næstformand), Edgar Meissner, Susan Blak Nyrup.

Forskningsudvalg

Andrew D. Jackson (formand), Klaus Mosegaard, Jens Hjorth, Jens Als-Nielsen, Mogens Høgh Jensen, Louise N. Christensen.

Undervisningsudvalg

Erik Johnson (formand), Poul Erik Damgaard, Jens Knude, Jørgen Peder Steffensen, Kristoffer Haldrup, Karsten Scheibye-Knudsen, Christian P. Ryder, Line Jensen.

Ph.d.-udvalg

Jens Jørgen Gaardhøje (formand), Preben Alstrøm, Jens Viggo Clausen, Dorthe Dahl-Jensen, Poul Henrik Damgaard, Karsten Flensberg, Poul Erik Lindelof, Niels P. Basse.

Kollokvieudvalg

Charlotte Fløe Kristjansen (formand), Peter Ditlevsen, Jan W. Thomsen, Steen Hannestad, Jens Hjort, Jesper Gjerløv.

Bestyrelse for Nanolaboratoriet

Jens Als-Nielsen (NBIfAFG), Niels Egede Christensen, Aarhus Universitet (formand), Mogens Rysholt Poulsen, COM, DTU.

Samarbejdsudvalget

Nils O. Andersen (formand), Aksel Walløe Hansen, Henning Jørgensen, Jens Lyng Petersen, Finn Berg Rasmussen, Arne Lindahl (næstformand), Bjarne Andresen, Fin Hansen, Inger Jensen, Kirsten Mortensen, Ib Vinde.

Organisation

Instituttet er organiseret i overensstemmelse med Universitetsloven.

Adresse

Blegdamsvej 17

2100 København Ø

Telefon 35 32 52 09

Fax 35 43 10 87

NBIfAFG@NBI.dk

 

Astronomisk Observatorium

Teleskoper og instrumentprojekter

Astronomisk Observatorium (AO) spiller en hovedrolle i drift og videreudvikling af moderne observationsinstrumenter til gavn for dansk astronomi. Udnyttelsen af AO's 1.5m teleskop ved European Southern Observatory (ESO) i Chile og det Nordiske Optiske Teleskop (NOT), La Palma, Spanien, finansieres af SNF's Instrumentcenter for Jordbaseret Astronomisk Forskning (IJAF), mens selve organisations- og udviklingsarbejdet varetages af AO's stab.

    Udvikling af moderne astronomiske detektorsystemer er hjørnestenen i programmet. I årets løb har 1.5m teleskopet fået et nybygget CCD-kamera med 2048x4096 billedelementer. Kombineret med de tidligere forbedringer af kuppel og bygning har dette givet en væsentlig forbedring af den opnåede billedkvalitet. Herudover er der leveret kameraer til Tjekkiet, Usbekistan og Indien; tre kameraer til Sverige og NOT er klar, og der er truffet aftale om bygning af yderligere et til samarbejdspartnere i Spanien. Et nær-infrarødt kamera til NOT er færdigbygget, men dets afprøvning og optimering er forsinket pga. problemer med kølesystem og detektor. Der er anskaffet en restgas-analysator til optimering af vakuum-systemerne og et kontinuert køleaggregat til forenkling af driften af fremtidige laboratorie- og feltkameraer. Kamerasystemerne ved både 1.5m teleskopet, NOT, Carlsberg meridiankredsen og Schmidt-teleskopet i Brorfelde har i øvrigt været i planmæssig drift hele året; ved NOT blev instrumenter bygget ved AO således udnyttet i 77% af al videnskabelig observationstid.

    Fremstillingen af nye instrumenter er også fortsat. To spektrografer til Pune og Bangalore, Indien, er færdigbygget og afleveret i årets løb, og der er truffet aftale med Tuorla Observatorium, Finland, om bygning af en større komponent af et nyt vidvinkelkamera til NOT. Til fornyelse af 1.5m teleskopets instrumentering er der udført en række projektstudier og optiske designs til igangsætning i 2001 (J. Andersen, L. Helmer, M.L. Jensen, J. Klougart, H.H. Larsen, N. Michaelsen, P. Nørregaard, L.T. Petersen, P.K. Rasmussen, A.N. Sørensen).

Mælkevejssystemets struktur og udvikling

Det er karakteristisk for de nævnte projekter at de gennemføres i et samarbejde, ofte med udenlandske kolleger og at arbejdet er baseret på anvendelsen af 1.5m teleskopet og SEST på La Silla, VLT på Paranal, 20 m teleskopet i Onsala samt ESA satellitter.

    Tycho-2 kataloget med de 2.5 millioner klareste stjerner er offentliggjort med positioner, egenbevægelser og lysstyrker i to farver. Tycho-2 kataloget er sammenkørt med Rosat-kataloget over klare røntgenstjerner og 31 sandsynlige medlemmer af den meget unge association TW Hydrae er identificeret. De nøjagtige Tycho-2 egenbevægelser viser en ekspansion med en hastighed på 0.12 km/s/pc, svarende til en dynamisk alder på kun 8 millioner år. TW Hydrae associationen ser ud til at være en del af Gould Belt-strukturen.

    Grundstofferne i Mælkevejens ældste stjerner giver vigtige oplysninger om dens dannelse. Et storstilet projekt til undersøgelse heraf er tildelt ca. 40 nætter ("Large Programme") på ESO VLT i 2000-2001. De første observationer er meget lovende; bl.a. er der gjort et sensationelt fund af en meget gammel stjerne, hvis alder kan bestemmes nøjagtigt ud fra det radioaktive henfald af uran 238 - første gang uran er fundet uden for solsystemet.

    Studiet af stjernedannelse er fortsat med mm og optiske observationer af udvalgte molekylskyer, bl.a. M16, LDN 1622, LDN 1617, LDN 673, Lupus, 80 Bok globuler med ioniserede kanter samt dark clouds og globuler i Vela. Undersøgelserne er koncentreret om dannelse af soltype stjerner i områder hvor stjernedannelsesprocessen kan være forårsaget af ionisation fra en første generation af massive stjerner. En outflow-kilde er fundet i M16, adskillige i LDN 1622 samt i en væsentlig del af de ioniserede globuler. Der er gennemført nye V og I observationer for afstandsbestemmelse af bl.a. HH 46/47.       Nøjagtige afstande er nødvendige bl.a. for at kunne studere den varierende effektivitet af stjernedannelse i sammenlignelige molekylskyer.

    Der er ydet bidrag til designet af en ny avanceret satellit, GAIA, især med hensyn til fotometriske målinger. Forslag til et optimalt fotometrisk system er bl.a. foregået ved at studere forskelle mellem observationer med eksisterende fotometriske systemer. GAIA er i oktober 2000 blevet udvalgt af ESA som hjørnestensmission med en planlagt opsendelse mellem 2010 og 2012. Satellittens vigtigste formål er at opklare dannelsen af Mælkevejssystemet og forstå dens kemiske og dynamiske udvikling, herunder den præcise fordeling af det synlige stof og af det gådefulde usynlige stof, som udgør størstedelen af den totale masse. Missionen vil have enorm betydning for undersøgelser af stjernernes fysik og give vigtige bidrag til studiet af solsystemet og fundamentale fysiske spørgsmål (J. Andersen, M. Andersen, C. Fabricius, E. Høg, H. Jønch-Sørensen, J. Jørgensen, N. Kaltcheva, J. Knude, V. Makarov, A.S. Nielsen, B. Nordström, M. Olberg, B. Reipurth m.fl.).

Stjerners struktur og udvikling

Forskningen har været centreret om en række helt aktuelle emner inden for den moderne stellare astrofysik og er oftest gennemført i nært samarbejde med ind- og udenlandske kolleger. De nye observationsfaciliteter ved ESO's VLT er benyttet i stigende grad.

    Spektre fra 10m Keck teleskopet er anvendt til at sammenligne ca. 50 stjerner af soltype som formodes omgivet af tunge planeter med et lignende antal uden planeter. Vi finder at når planeterne er nær stjernen, viser denne et forøget indhold af tunge grundstoffer, mens stjerner med fjernere planeter er normale i så henseende. Dette giver vigtige bånd på teorier for dannelsen af planeter. Vi har desuden søgt efter planetpassager blandt helt nyopdagede planeter med den danske 50cm kikkert på La Silla - dog uden held. Der er kun ca. 10% sandsynlighed for sådanne passager, som imidlertid kan give meget værdifulde oplysninger om planeternes størrelse og massefylde.

    Den kommende danske småsatellit MONS vil bidrage med meget detaljerede oplysninger om oscillationer i soltype stjerner og vil give omfattende, meget nøjagtige målinger af variable stjerner og dobbeltstjerner. Vi har fortsat arbejdet med at udarbejde kandidatlister for disse grupper af stjerner.

    Med det formål at foretage detaljeret kontrol af teoretiske modeller for stjerners udvikling, som danner grundlaget for bl.a. aldersbestemmelser og forståelsen af grundstoffernes oprindelse, har vi foretaget en række studier af dobbeltstjerner. For at afklare væsentlige uoverensstemmelser mellem modeller og det hidtidige, sparsomme materiale af masser og radier for lette stjerner, er der gennemført analyser af nye dobbeltstjerner af soltype, fundet ved en stor systematisk søgning med den danske 50cm kikkert på La Silla. Vore foreløbige nye resultater underbygger formodningen om at modellerne er utilstrækkelige. Samtidig har vi fortsat den systematiske søgning efter nye kandidater med anslåede masser lavere end Solens.

    Observationer af et antal tunge dobbeltstjerner er fortsat, herunder især af hobmedlemmer. En analyse af en nyopdaget formørkelsesvariabel i hoben Trumpler 16 har vist at der er tale om et meget ungt objekt; supplerende spektroskopiske observationer foretages i 2001. Der er desuden gennemført fotometriske studier af stjernedannelsesområder med henblik på at opnå ny viden om deres struktur.

    Gennem observation og analyse af dobbeltstjerner i LMC og SMC kan der dels opnås ny viden om tunge, metalfattige stjerners udvikling, dels kan der foretages en meget nøjagtig afstandsbestemmelse til de to nabogalakser, et resultat der er af stor betydning for den moderne kosmologi. Der er gennemført omfattende fotometriske observationer ved den danske 1.5m kikkert og de første spektroskopiske observationer med UVES spektrografen på VLT er foretaget. De første resultater fra dette omfattende internationale projekt, som ledes af den danske gruppe, forventes i 2001.

    Vi har færdiggjort et længere arbejde med at konstruere atmosfæremodeller for de allerkoldeste hvide dværge. Disse objekter er interessante bl.a. fordi de repræsenterer resterne af de allerældste stjerner i mælkevejen, og kan give os et ret godt skøn af tidspunktet for stjernedannelsen i de områder af galaksen hvor de identificeres. De er også interessante i sig selv, bl.a. ved at bidrage med vigtig viden om kernesyntese, opblandingsprocesser, og stjernernes akkumulering af interstellart stof under deres bevægelse gennem Mælkevejen. En håndfuld observerede objekter regnes som kandidater for de koldeste hvide dværge, men en sikker udvælgelse og en kvalitativ analyse af data kræver brug af de atmosfæremodeller vi har udviklet. Vores beregninger er de eneste der inkluderer andet end brint og helium i modellerne, og herved har vi, som de første, bl.a. forklaret den observerede farvespredning blandt de kolde hvide dværge. To speciale studerende arbejder nu hhv. på at sammenligne modelresultaterne med observerede spektre, og på at forbedre de kemiske ligevægtsberegninger der indgår. Disse sidste beregninger vil med tiden også indgå i modeller for røde kæmpestjerner, brune dværge, ekstrasolare planeter, og solsystemets dannelsesfaser (J. Andersen, A. Borysow, L. Buchhave, J.V. Clausen, J. Falkesgaard, B.E. Helt, U.G. Jørgensen, B. Nordström, E.H. Olsen, D. Rasmussen, J.D. Pritchard).

Numerisk astrofysik

Gruppens aktiviteter omfatter et antal forskellige områder indenfor astrofysik: stjerners (herunder især solens) fysik, tilvækstskiver og "jets'' i forbindelse med sorte huller og nydannede stjerner, det interstellare stofs dynamik, galaktiske magnetfelter, den termiske og dynamiske udvikling af røntgengas i galaksehobe, galaksedannelse, m.m. Fællesnævneren for disse aktiviteter er brugen af en kombination af analytiske og numeriske metoder, computersimuleringer og visualisering, som hjælpemidler til at opnå en bedre forståelse af grundlæggende astrofysiske processer. Computersimulering er således i dag en vigtig kilde til "eksperimentel'' information om astrofysiske systemer.

    Et aktuelt eksempel er studiet af tredimensionale jetmodeller, hvor der er vist, at tredimensionale instabiliteter ikke er ødelæggende for den magnetiske accelerationsmekanisme, som tidligere er studeret i to dimensioner. Den såkaldte "kink"-instabilitet (der svarer til instabiliteten i en kraftigt snoet elastik) dæmpes af den uundgåelige, turbulente dissipation af magnetfeltet. Denne (Joule-) dissipation opvarmer også gassen til temperaturer svarende omtrent til virialtemperaturen for den underliggende tilvækstskive.

    Yderligere højdepunkter fra år 2000 er: 1) En kvalitativ forståelse af hurtige dynamomekanismer, baseret på studier af magnetfeltets tilvækst i såkaldte "ABC"-hastighedsfelter; relativt enkle, tidsuafhængige hastighedsfelter, som medfører eksponentiel tilvækst af ethvert svagt, initialt magnetfelt. 2) De første modeller af konvektion i røde kæmpestjerner, hvor konvektionscellerne er så store, at kun nogle få til enhver tid er synlige på hver halvkugle. 3) Udarbejdelsen af en teoretisk beskrivelse af hvordan "støj" fra turbulens forårsager akustiske bølgebevægelser i solen og andre stjerner - denne beskrivelse vil kunne bruges til at forudsige amplituder for svingninger i de stjerner, som skal observeres fra den danske Rømer-satellit (Å. Nordlund, V. Archontis, B. Freytag, M. Asplund, A. Brandenburg, R.F. Stein, J. Falkesgaard, S. Fischer, J.T. Frederiksen, C. Hededal, J. Hunsballe, F. Thomsen).

Positionsastronomi

Meridiankredsen på La Palma har hele året fortsat arbejdet med at gennemmønstre nordhimmelen. De foreløbige resultater viser at nøjagtigheden for een observation, af stjerner klarer end 14. størrelsesklasse ligger mellem 30 og 50 millibuesekunder. 60% af fase 1, der omfatter området fra -3 til +30 grader i deklination er nu gennemført.

    Schmidt kikkerten i Brorfelde har siden april været i gang med at gennemmåle polregionen ned til 60 graders deklination. Der bestemmes positioner og lysstyrker i to farver (V og R) for alle stjerner ned til 18,5 størrelsesklasse. Indtil årsskiftet er der foretaget 2200 eksponeringer og foreløbige resultater viser at den interne nøjagtighed, fundet ved nat til nat sammenligninger, er på 17 millibuesekunder for en observation ( K. Augustesen, O.H. Einicke, L. Helmer).

Almanak; rekvirerede undersøgelser

Der er foretaget beregninger til udgivelse af dansk, færøsk og grønlandsk almanak. Endvidere er der udført en række særlige beregningsopgaver for offentlige myndigheder mv.: Almanak 2001, Sunrise/Sunset Tables for Selected Stations in Greenland and on Faroe Island 2001, Luftfartsinformationstjenesten (O.H. Einicke).

Jordobservationer

I ESA projektet "Eötvös to mGal" forberedes/udvikles metoder til behandling af data fra ESA's satellitmission, GOCE. Satellitten er udstyret med et instrument, der kan måle tyngdedifferenser.

    En række undersøgelser om beregningsmetoder, fejlfinding samt brug at data målt på polerne er afsluttet. I projektet er der deltagere fra en række europæiske lande og Danmark. De væsentligste danske bidrag har været udvikling af mere effektive metoder til bestemmelse af koefficienter i en kuglefunktionsudvikling af Jordens tyngdepotential samt fejlen på disse.(F. Sanso' (Politecnico di Milano), C.C. Tscherning, G. Moreaux).

    I et projekt under Polarforskningsprogrammet er der udviklet og evalueret forskellige metoder til bestemmelse af højdeændringer af Grønlands iskappe (R. Forsberg, K. Keller, C.S. Nielsen (KMS), S.N. Madsen, J.Dall (DTU), N. Gundestrup, C.C. Tscherning).

    Havoverfladens hældning (i alt 40 cm) fra den Botniske Bugt og til Skagerak er bestemt ved hjælp af satellithøjdemålinger og fremlagt på ESA symposium (L. Stenseng, E. Ditlevsen, S.M. Jacobsen, C.C. Tscherning).

Ørstedprojektet

Ørstedsatellitten har nu opereret gennem 2 år. Data fra den har muliggjort en bestemmelse af det geomagnetiske felt for epoke 2000.0 i form af en sfærisk harmonisk model, som er den første satellitbaserede model i 20 år. I samarbejde med DMI og DRI er de magnetiske data valideret. Gruppen har især givet bidrag til at klarlægge og eliminere den virkning, forstyrrelserne fra vibrationer fra satellittens bom har på målingerne. Det er klarlagt, at ved en hensigtsmæssig midling og nøjagtig synkronisering kan den seismiske uros indflydelse på datakvaliteten fuldstændig elimineres. Disse forholdsregler er indført i dataprocesseringen. Endvidere er det påvist, at stjernekameraet fungerer i rummet med en nøjagtighed, som også er fundet ved afprøvninger før opsendelsen. Stjernekameraet har fundet anvendelse også ved det tyske geopotentialprojekt CHAMP, som fik sin opsendelse i juli. Fejlfri data er en forudsætning for at evaluere det magnetiske felts fordeling ved kappe-kernegrænsen i jordens indre (T. Risbo).

Seismiske data fra Månen

Seismiske data fra Månen (Apollo missionen) genanalyseret. Ny model for Månens indre struktur (Khan et al. 2000) bestemt ved hjælp af teleseismiske data og egensvingningsdata (A. Khan, K. Mosegaard, K.L. Rasmussen (C-12 Lab., Nat. Museum).

Invariant formulering af inverse problemer

For nylig blev det opdaget, at metrikken i model- og datarummene spiller en fundamental rolle i sandsynlighedsteoretisk baseret invers teori, og at løsninger til velkendte problemer må modificeres i overensstemmelse hermed. I dette projekt har vi udviklet en invariant formulering af generel invers teori, som er fri for disse problemer (A. Tarantola (IPG, Paris), K. Mosegaard).

    GLATIS projektet (Greenland Lithosphere Analysed Teleseismically on the Ice Sheet): Undersøgelse af den seismiske hastighedsstruktur af det Grønlandske skjold og øvre kappe fra 64° N til 77° N ved hjælp af teleseismiske målinger (T. Dahl-Jensen (GEUS), T. Larsen (KMS), S. Gregersen (KMS), K. Mosegaard, T. Bach (KU/KMS).

    Statistisk forudsigelse af porøsiteten af oliereservoirer (K. Mosegaard, T.M. Hansen).

Fysisk Oceanografi

UVB-dagslyset nedtrængen i havet

Transmission af UV-B lys påvirkes kun i ringe grad af rent havvand, men en hel del af havets indhold af fytoplankton, humus og sediment. Undersøgelser i skandinaviske kystvande samt i Nordatlanten viser, at lystransmissionen i særlig høj grad mindskes ved tilstedeværelsen af humus. Meget uventet transmitterer fytoplankton UV-B lyset relativt godt.

    Der er væsentlige forskelle mellem lysabsorption i kystnære farvande og i de åbne kystvande omkring Skandinavien og i Nordatlanten, hvilket skal tages i betragtning ved remote sensing mhp. en bestemmelse af overfladevandets indhold af klorofyl. Gennem året er der udviklet en brugbar remote sensing algoritme til formålet. I forbindelse hermed arbejdes der videre på verdens første lystilbagespredningsmåler, som måler lysspredningskoefficienten in-situ i overfladevandet. Endelig arbejdes der videre på at studere vandspejlsændringer som følge af (global) opvarmning.     Hertil benyttes 3 forskellige satellitmålinger (altimetri, strålingstemperatur og udstrålet dagslysradians) i kombination med vandstandsmålinger og lange hydrografiske tidsserier (N. Højerslev, E. Aas, Ib Trabjerg, P.V. Jørgensen, H. Hundahl samt Ole B. Andersen).

Glaciologi

NorthGRIP

North 2.GRIP er et dansk projekt med stor international deltagelse. Formålet med projektet er at bore en iskerne ned gennem den 3090 m tykke grønlandske iskappe i Nordgrønland (75 N, 42 W). Der er allerede nu opnået en god beskrivelse af klimaet tilbage gennem sidste istid, til ca. 90 tusinde år før, og formodentlig nås isen fra den sidste mellemistid, Eem-perioden, 115 - 130 tusind år før nu.

    I løbet af feltsæsonen 2000 blev der boret fra 1750 m til 2931 m’s dybde. Efter en meget produktiv periode satte boret sig fast i 2931 m’s dybde. Boret kom fri efter en uge ved at hælde kølervæske (glykol) i borehullet og derved opløse isen omkring det fastkilede isbor. Efter stort set at have renset glykolen op af borehullet satte rensningsudstyret sig imidlertid fast. Ved hjælp af yderligere kølervæske kom det senere fri, men det var herefter ikke muligt at rense hullet og få kølervæsken fjernet fra borehullet. Vi håber i løbet af feltsæsonen 2001 at bore de sidste 150 m ned til bunden.

    I felten blev der af et hold på 15 forskere udført detaljerede målinger på isen fra 1300 til 2930 m’s dybde. Der blev bl.a. foretaget målinger af isens elektriske egenskaber, og kontinuerte målinger af flere kemiske komponenter og støv, og iskernen er blevet lysscannet for at registrere synlige lag. Der blev taget en prøve til luminicensmålinger, og der er skåret ca. 25 tusind prøver til måling af stabile isotoper. De foreløbige resultater viser, at isen fra sidste mellemistid, Eem-tiden, endnu ikke er nået. Den ligger dermed dybere i isen end forventet. Dette betyder samtidigt at man opnår en hidtil uset tidslig opløsning af klimaet under sidste istid. Al is og prøver er transporteret til København.

    Ved Geofysisk Afdeling har vi i løbet af 2000 målt prøver fra NorthGRIP iskernen. Her kan især nævnes målinger af stabile ilt isotoper, kemiske komponenter med ionkromotografi, og støv ved hjælp af Coulter Counter. I løbet af året er der udviklet nyt apparatur til lysscanning af isen, og vi arbejder stadig med at udvikle udstyr til kontinuerte kemiske analyser på isen. Der er lavet teoretiske beregninger af den forventede datering af iskernen, temperaturen ned gennem isen, og den forventede diffusion af isotoperne. Der arbejdes endvidere med udvikling af statistiske metoder til analyse af iskernedata (D. Dahl-Jensen, S.J. Johnsen, N. Gundestrup, J.P. Steffensen, H.B. Clausen, C.S. Hvidberg, A. Svensson, M.L. Siggaard-Andersen, K.K. Andersen, I.A. Mogensen, S.B. Hansen, E. Chrillesen, A. Boas, P. Iversen).

Udvikling af isbor

Der arbejdes fortsat med udviklingen af dybdeboret, som blive brugt både i EPICA- og N-GRIPprojekterne. Til brug ved den kommende EPICA boring i Dronning Maud Land Antarctica er N. Gundestrup ved at forenkle EPICA borets elektroniske del (S.J. Johnsen, N. Gundestrup, S.B. Hansen).

Isotopundersøgelser

Ved afdelingen måles der hvert år ¹⁸O/¹⁶O forhold i over 30.000 prøver fra iskerner boret ved begge poler. Disse data anvendes også til absolut datering af iskerner. I samarbejde med USGS i Denver Colorado, laves der præcise temperaturmålinger i borehullet, der blandt andet bruges til kalibrering af isotoptermometret. Brint isotoperne (D/H) måles i samarbejde med Saclay ved Paris og Science Institute Reykjavík samt INSTAAR i Boulder Colorado (S.J. Johnsen, N. Gundestrup, D. Dahl-Jensen, H.B. Clausen).

FREJA-projektet: Ice in the Planetary System, The Life of Ice

Projektet påbegyndtes i 1999. Vi har opstillet todimensionelle flydemodeller for flydningen af isen i iskappen på Mars nordpol. Af særlig interesse er det at forstå de mekanismer, der giver anledning til dannelsen af terrasser og skrænter på iskappen. Der er opstillet massebalance teorier for at beskrive disse mekanismer. A. Khan har arbejdet med at anvende de målte rystelser på månen (måneskælv) til at modellere de indre lag i Månen. På Jupiters måne, Europa har vi opstillet ligninger til beskrivelse af temperaturen gennem isen hvor der tages hensyn til tidekræfterne fra Jupiter. Der er desuden lavet beregninger af iskrystalstørrelsen gennem isen. Undersøgelserne af anisotrop is fra de grønlandske iskerner har givet anledning til følgende aktiviteter: Der er lavet detaljerede målinger af iskrystalstørrelser gennem områder af is hvor der er sket store og bratte klimaændringer. Der er desuden målt orienteringer af disse krystaller for derved at se om man kan detektere ændringer af isens flydeegenskaber (D. Dahl-Jensen, S.J. Johnsen, C.S. Hvidberg, A. Svensson, A. Khan, K.M. Hansen, K. Guldbæk Smidt, Katrine Krogh Andersen).

Iskernelageret og kuratorvirksomhed

Afdelingens iskernelager omfatter ca. 50 ton iskernemateriale fordelt på 820 kasser. 29400 iskernestykker er registreret i afdelingens database. Iskernesamlingen er enestående i verden, da den rummer is fra fire dybe iskerneboringer i Grønland. I efteråret 2000 blev opførelsen af et nyt frysehus i kælderen under vandrehallen på H.C Ørsted Institutet påbegyndt. Frysehuset er væsentligt større end det gamle frysehus på Jagtvej 155D. Kuratorvirksomheden omfatter foruden døgnovervågning af frysehusene vedligeholdelse af databasen over isprøver samt tildeling af iskerneprøver efter anmodning fra danske og udenlandske forskere (J.P. Steffensen).

Projekt MilEClim

Dette EU projekt afsluttes i løbet af år 2001.Hovedformålet har været at forbedre forståelsen af de sidste 1000 års klimaændringer ved hjælp af iskerne informationer samt at forbedre kendskabet til den globale vulkanismes indflydelse på klimaet (C.U. Hammer, H.B. Clausen og S.J. Johnsen).

Projekt EPICA

Denne EU og nationalt støttede europæiske is dybdeboring i Øst Antarktis nåede i 1998/99 en dybde på 788 meter, svarende til ca. 50000 år gammel is; herefter satte boret sig fast. En ny boring startede i vinteren 2000/2001 og er p.t. nået over 1000 meter ned. Det forventes ,at EU fortsat vil støtte projektet endnu nogle år. Boringen er planlagt til at nå bunden af isen omkring 2002/2003. En fælles europæisk EPICA artikel om dateringen af de første 788 m er p.t. i trykken. De europæiske EPICA forskere mødtes i Bremerhaven i efteråret 2000. Her blev ca. 200 meter is analyseret i løbet af 2 uger (H.B. Clausen, N. Gundestrup, C.U. Hammer, S.B. Hansen, P. Iversen, M.L. Siggaard-Andersen, S.J. Johnsen og J.P. Steffensen).

Fortidig vulkanisme: Specielle udbrud

En række større vulkanske udbrud er af speciel interesse enten af historiske grunde eller i forbindelse med undersøgelser af de vulkanske urenheders transport og spredning i stratosfæren. I løbet af år 2000 blev især Thera udbruddet i Middelhavet 1645 f.Kr. og Vesuvs udbrud i 79 e.Kr. undersøgt. Projektet støttes af Forskningsrådene til og med 2003. Undersøgelserne sker i samarbejde med Universitate Venezia og Naturhistorisches Museum,  Wien (C.U. Hammer og H.B. Clausen).

Kosmisk støv i iskerner

I samarbejde med Université de Paris blev i foråret ca. 350kg iskerner smeltet for at opsamle deres indhold af mikrometeoritter .Iskernerne var rester af tidligere analyserede iskerner og smeltningen foregik uden for Geofysisk Afdelings frysere ved hjælp af en speciel smeltemetode: Det sidste er nødvendigt da udbyttet af mikrometeoritter er meget lille. Dette pilot forsøg viste ,at smelteproceduren skal forbedres. En ny og mere effektiv smeltekampagne er planlagt i slutningen af februar 2001.Formålet er at få et bedre indtryk af det kosmiske mikropartikel nedfald gennem de sidste 60000 år. Projektet støttes af Forskningsrådene og Université de Paris til og med 2003. En opsamling af Leonide meteorsværmens afsætning af nedfald på isen i 2001 er planlagt på Indlandsisen ved NorthGRIP i 2002 (C.U. Hammer).

Arrangement af workshop

Gruppen modtager fortsat besøg af gymnasieklasser, afholder inviterede gæsteforelæsninger, og har medvirket aktivt i produktionen af flere radio- og TV-programmer både på dansk og engelsk (Alle gruppens medlemmer).

Transportstudie af atmosfæriske CO₂-forekomster

Forskningen i 2000 har handlet om studiet af CO₂ i atmosfæren og havet over Nordatlanten-regionen, samt udvekslingen hen over overfladen. Arbejdet sker i samarbejde med Kemisk Institut, DMI, DMU og Risø. Projektet involverer målinger af CO₂-flukse over både land og hav samt en numerisk simuleringsmodel. Denne kan vha. observerede meteorologiske felter bruges til simulering af de storskalaede horisontale strukturer af CO2-fordelingen.(A.W. Hansen, C. Geels, J. Christensen, S. Larsen, L.L. Jørgensen, T. Pedersen, N.W. Larsen, S. Kiilsholm).

Undersøgelser af udsving i termodynamisk uligevægt

Jordens klima er bestemt af balancen imellem den indkommende kortbølgede stråling fra solen og den udgående langbølgede stråling til verdensrummet. Solstrålingen opvarmer landmasserne og havene, som afgiver varme til atmosfæren. Atmosfæren kommer af med sin varme dels ved direkte udstråling, dels ved konvektion, hvor varm luft stiger til vejrs indtil varmen kan udstråles. Systemet er ligesom en kedel med kogende vand i konstant termodynamisk ubalance. Et fundamentalt spørgsmål er hvor store naturlige udsving der optræder i denne situation (P.D. Ditlevsen).

Akkumulation af nedbør på Grønland

Ud fra de talte årlag fra fire Grønlandske iskerner har det været muligt at konstruere en fælles Grønlandsk nedbørstidsserie for de sidste 1400 år. Nedbørssignalet er det mest direkte klimasignal man kan opnå fra iskerner, og sammenligninger med temperaturproxyen d¹⁸O viser, at de to signal tydeligvis indeholder forskellig information (K.K. Andersen og P.D. Ditlevsen).

Jordens Klima og Biogeokemiske Kredsløb

Center for Jordens Klima og Biogeokemiske Kredsløb (DCESS) blev oprettet i 1997 med støtte fra Danmarks Grundforskningsfond for en femårig periode med afdelinger på NBIfAFG og på Biologisk Institut ved Syddansk Universitet i Odense. Nedenfor omtales centerets forskning i København, se www.dcess.ku.dk for yderligere oplysninger (G. Shaffer, centerleder, J.R. Bates og D. Canfield, Odense, assisterende centerledere).

Den oceane termohaline cirkulations og kulstofkredløbets indflydelse på klimaet

Ændringer i den termohaline cirkulation i oceanerne kan påvirke Jordens klima ved at ændre energitransporten mod polerne. Oceanernes kulstofkredsløb kontrollerer det atmosfæriske CO₂ indhold på tusindårige tidsskalaer og har dermed stor indvirkning på klima via drivhuseffekten.

    En ny og simpel koblet ocean-atmosfære model er udviklet for at studere virkningen af vertikale og horisontale udvekslinger i oceanet. En stærk udveksling i oceanet favoriserer en stærk og stabil termohalin cirkulation samt et varmt klima. Skift mellem en stærk og svag cirkulationstilstand forbundet med tusindårig klimavariabilitet kan modelleres med svag vertikal blanding (G. Shaffer, S. Olsen). I en anden simpel ocean-atmosfæremodel er dynamiske tilbagekoblingsmekanismer og deres betydning for stabiliteten af den termohaline cirkulation undersøgt (K. Lindberg, J.R. Bates, V.A. Alexeev).

    En mere kompleks model med atmosfære, ocean og havis er udviklet for at undersøge klimaets følsomhed overfor ekstreme påvirkninger af Jordens strålingsbalance, som for eksempel det store meteornedslag som forekom ved Kridt-Tertiær grænsen. Ekstreme påvirkninger som disse kan også være medvirkende til en global nedisning af Jorden, som geologiske data indikerer skete i Neoproterozoikum for 750 - 570 millioner år siden (J. Bendtsen, C. Bjerrum).

    Ved brug af modellen "HIgh Latitude exchange/Diffusion-Advection" (HILDA) studeres kulstofkredsløbet i oceanerne og mekanismer, der forklarer istids-mellemistids variationerne af atmosfærens CO₂ koncentration. HILDA er for nylig udvidet til også at omfatte siliciumkredsløbets rolle i disse variationer (G. Shaffer, J.O.P. Pedersen).

    Geologiske observationer viser at en af de største metanhydrat-afgasninger i Jordens historie foregik i Tidlig Jura (180 millioner år siden), og resulterede i en markant stigning i atmosfærens CO₂ indhold. Årsagen til afgasningen var sandsynligvis et skift i den termohaline cirkulation, der fremgår af modelberegninger af Jura-tidens shelf-ocean cirkulation sammenholdt med geologiske data (C. Bjerrum, S. Hesselbo, Oxford).

Cirkulation og blanding i have og søer

Resultater af en numerisk ocean model viser en betydelig ventilation af det globale oceans intermediære dybder fra overfladevandet fra havet omkring Antarktis (G. Shaffer, J. Sørensen, Hillerød, J. Ribbe, Concepcion). En numerisk havmodel af cirkulationen i det sydlige Stillehav ud for Chile har reproduceret struktur og variabilitet i havstrømmene langs kysten ud fra observerede vinde. Der er også fundet en stærk vekselvirkning mellem den lokale topografi og fangede kystbølger (O. Leth, G. Shaffer).

    Observationer viser at fluktuationer i havenes overfladetemperatur (SST) langs den sydamerikanske vestkyst er stærkt koblet til fangede kystbølger som er forcerede fra det ækvatorielle Stillehav og efterfølgende modificerede af vindene langs denne kyst. Vore observationer viser også, at havstrømmene ud for Chiles kyst er stærkt modulerede af de Rossbybølger, som forceres under El Niño begivenheder (S. Hormazabal, G. Shaffer, P.-I. Sehlstedt; O. Pizarro og O. Ulloa, Concepcion).

    Udstrømningen fra Det arktiske Ocean til det nordlige Atlanterhav gennem Færø-banke kanalen bidrager med en tredjedel af den totale termohaline cirkulation af nordatlantisk dybvand. Nye data fra bøjer og skibe viser at opblandingen af dybvand er stærkest kun 100 km nedenfor kanalens udmunding, men at mesoskala strømfluktuationer, der leder til denne opblanding, stammer fra selve kanalen. Dette resultat er bekræftet af TOPEX/Poseidon satellit højdemålinger (D. Quadfasel, J. Høyer, København, B. Hansen, Færøerne, S. Østerhus, Bergen, D. Hainbucher, Hamburg).

    Resultater af data indsamlet fra bøjer og skibe i Det vestlige indiske Ocean tyder på, at Det vestlige arabiske Hav er et sted, hvor opblandingen i dybhavet er meget stor og driver en dyb cirkulation, der er tre gange større end det globale gennemsnit. Dette skyldes forceringen fra den kraftige monsun på overfladen og tilstedeværelsen af en stejl topografi, som frembringer interne bølger (D. Quadfasel, M. Dengler, Kiel, J. Karstensen, Palisades (USA)).Vandets nedsynkningshastighed i den sydlige halvkugles subtropiske gyrer er beregnet for alle tre oceaner ved at bruge forskellige metoder. Den totale ventilation forbundet hermed viser sig at være 80 mio. m³/s (D. Quadfasel, J. Karstensen, Palisades).

    Gennem de seneste 20 år har variationerne i havisen og atmosfæren i Weddell Havet udfor Antarktis været domineret af fluktuationer med en periode på 3-5 år. Fluktuationerne drives hovedsagelig af anormale meridionale vinde øst for den Antarktiske halvø, og ændringerne i havisens udbredelse virker herefter tilbage på atmosfærens cirkulation gennem en ændring af varmeudveksling i denne "Weddell Havoscillation" (S. Venegas, M. Drinkwater, Noordwijk (Holland). Der er udført modelleringer af Lake Vostok, som er en stor sø under iskappen i Antarktis. Resultaterne viser, at cirkulationen i søen varierer meget med dybden, ligesom den afhænger meget af den geotermiske opvarmning samt af søens topografi, som begge er mindre kendte (M. Williams).

Biogeokemiske kredsløb i havet

Omsætningen af opløst organisk kulstof i vandsøjlen er modelleret i en tre dimensional cirkulationsmodel HAMOC, hvor remineraliseringen af partikulært organisk materiale er beskrevet ved en mikrobiel løkke baseret på den del af den bakterielle biomasse der er fritlevende i vandsøjlen. Denne model forklarer de observerede dybhavsgradienter af opløst organisk kulstof, og har derfor betydning for vores forståelse af det marine kulstof kredsløb ( J. Bendtsen, C. Lunsdgaard, Risø, M. Middelboe, Helsingør, D. Archer, Chicago).

    Hydrografiske målinger, samt målinger af partial trykket af CO₂ i luften og i overfladevandet, der blev foretaget i Grønlandshavet som en del af det danske Global Change program, analyseres nu og indgår i analysen af de øvrige biologiske parametre der blev foretaget på togterne. Målingerne af bakteriel biomasse samt labilt forekommende opløst organisk kulstof bruges i modelleringen af opløst kulstof i dybhavet omtalt ovenfor ( J. Bendtsen, G. Shaffer, H. Hundahl, J. Holck, P.-I. Sehlstedt, M. Williams, S. Olsen, K. Richardson, Århus, B. Riemann, Risø).

    I Arkæikum og Tidlig Proterozoikum forblev iltindholdet i atmosfæren lavt på trods af at iltproducerende bakterier var opstået. Mulige tilbagekoblinger for stabilisering af et lavt ilt-niveau er blevet undersøgt ved hjælp af en oceanmodel der inkluderer de biogeokemiske kredsløb af jern, fosfat og ilt (C. Bjerrum, D. Canfield, J. Bendtsen).

    I marts/april 2000 deltog vi i MINOX (Minimum Oxygen layer project) ud for kysten af det nordlige Chile med TRAMP (Transceiving Registering, Autonomous Multicycling Profiler), udviklet af os. Projektets formål var at undersøge kul- og kvælstofkredsløbet i de ekstremt iltfattige omgivelser, som findes nær havoverfladen (analoge til forholdene i Arkæikum). Efter denne første succesfulde anvendelse af TRAMP i en større oceanografisk ekspedition deltager vi nu i en fælles analyse af MINOX datasættet (H. Hundahl, J. Holck, M.-B. Kronborg, D. Quadfasel, G. Shaffer, O.Ulloa og L. Farias, Concepcion).

Stabiliteten af klimasystemet

Det er et fundamentalt problem at forklare klimasystemets stabilitet på lange tidsskalaer eftersom der findes destabiliserende tilbagekoblingsmekanismer på storskala SST perturbationer - såsom vanddamp - infrarød strålings koblingen og is-albedo – som ville forårsage en løbsk drivhuseffekt eller en helt isdækket klode. Jagten på stabiliserende mekanismer er derfor et vigtigt forskningsområde.

    En analyse af en simpel klimamodel har identificeret en dynamisk stabiliseringsmekanisme af tilstrækkelig styrke til at modvirke koblingen mellem vanddamp og infrarød stråling. Modellen blev konstrueret ved at benytte observationer, der viser, at den polrettede transport af angulært moment fra troperne til extratroperne i atmosfæren afhænger lineært af den latitudinale gradient af 500 mb overfladen. Fra den angulære moment transport beregnes middelstyrken af de overfladevinde i troperne og i extratroperne, som sammen bestemmer middelfordampningshastigheden. Ved at knytte SST perturbationer til variationer i 500 mb højden, kan SST perturbationer ses at føre til perturbationer i det angulære moment, som således stabiliserer overfladetemperaturen i kraft af deres virkning på fordampningshastigheden (J.R. Bates). Numeriske eksperimenter med en global atmosfærecirkulationsmodel foretaget på en kraftig computer har bekræftet mekanismerne i den simple model og understøttet gyldigheden af den dynamiske stabiliseringsmekanisme. Endvidere har en analyse af 40 års atmosfæredata understøttet parametriseringerne i modellen (V.A. Alexeev, J.R. Bates).

    Fordelingen af vanddamp (den vigtigste drivhusgas) påvirker klimaet. I troperne forårsager cirkulationen i Hadley og Walker cellerne at store områder er næsten tørre. Dannelsen af disse områder og påvirkningen fra en ekstern forcering er undersøgt i en simpel todimensional model (R. Caballero). Temperaturgradienten mellem troperne og polerne bestemmes af varmetransporten i atmosfæriske hvirvler. Et tidligere resultat, at den barotrope jet begrænser intensiteten af disse hvirvler, bekræftes nu med en mere realistisk og global model. Hadley cirkulationen opstår i modellen selv uden intern friktion, og det ser således ud til at zonalt asymmetriske hvirvler er ansvarlige for denne cirkulation (R. Cabellero, R. Castegini og A. Sutera, Rom).

Dannelse af et Center for Planetforskning ved NBIfAFG og DRI

I forbindelse med omflytninger på Ørsted Laboratoriet har man ved NBIfAFG taget en bygning ved Rockefeller i anvendelse. Adressen på huset er Henrik Harpestrengsvej 5. Huset er blevet istandsat i løbet af efteråret og er nu klar til indflytning af nogle af de forskere ved NBIfAFG og DRI, der beskæftiger sig med planetforskning. Huset vil i første omgang rumme 20 personer (10 VIP, 5 ph.d., 5 Specialestuderende) (D. Dahl-Jensen, C. Hvidberg, K. Mosegaard, M.B. Madsen, J.M., Knudsen, N. Olsen).

Ægte tilfældighed. Kvantemekanik

Begrebet ægte tilfældighed, som er centralt for kvantemekanikken og en udfordring for teorien, har været i fokus for undersøgelserne. Nøglen er en skærpet identifikation af, hvad der finder sted (foregår) på rumtidsscenen. Klikket i en tæller fremtræder herved som en begivenhed af en helt ny art, som kommer af sig selv, uden grund. Tilfældighed med dette vidtrækkende indhold kan karakteriseres som ægte tilfældighed. Dette begreb har, så vidt vides, ikke tidligere været fremsat i litteraturen, hvilket kan skyldes den indgroede forestilling, at klikket frembringes ved en partikels indtrængning i tælleren (Ole Ulfbeck).

Teoretisk højenergifysik

Vor forståelse af verden på de mindste afstande standser i dag ved "Standardmodellen". Man opererer her med tre fundamentale vekselvirkninger: (i) de elektromagnetiske vekselvirkninger, der er ansvarlige for den struktur, vi finder i atomer og molekyler; (ii) de svage vekselvirkninger, der forklarer visse aspekter af radioaktivt henfald, samt spiller en afgørende rolle i stjernernes energiproduktion samt (iii) de stærke vekselvirkninger, der beskriver den substruktur der findes på kvark-niveau. På trods af den meget imponerende overensstemmelse mellem teori og eksperimenter som standardmodellen repræsenterer, er der tungtvejende teoretiske grunde til at tro, at standardmodellen kun er en del af en mere omfattende teori. En vigtig indikator i den retning er, at standardmodellen ikke beskæftiger sig med tyngdekraften, som er den fjerde fundamentale vekselvirkning, vi kender i naturen. Problemet er, at standardmodellen er en såkaldt renormerbar teori, dvs. en teori, der på konsistent måde forener kvantemekanikken og den specielle relativitetsteori. Når vi kommer til tyngdekraften, skal vi forene kvantemekanikken med Einsteins almene relativitetsteori, og det har indtil nu vist sig særdeles vanskeligt. Men selv indenfor standardmodellen er der en række aspekter, der ikke er tilfredsstillende forstået. Standardmodellen har på naturlig måde forenet de elektromagnetiske og de svage vekselvirkninger. Denne del af teorien kaldes Glashow-Weinberg-Salam (GWS) teorien.    De stærke vekselvirkninger, der kaldes "Quantum Chromodynamics" (QCD) lever et delvist uafhængigt liv indenfor standardmodellens rammer. Hvorfor er der disse to uafhængige dele? Man kunne forestille sig, at de blev forenet til een teori ved større energi, præcis som det er sket med den elektromagnetiske teori og teorien for de svage vekselvirkninger. En sådan forening ville måske også tillade os at forstå, hvorfor GWS- og QCD-teorierne har forskellige symmetrier (U(1) x SU(2), hhv. SU(3)). Hvorfor optræder leptoner og kvarker i bestemte "familier", og hvorfor er antallet af familier 3? Hvorfor har leptonerne og kvarkerne præcis de masser, vi observerer? Kan disse masser forudsiges? Hvad er massen af den såkaldte Higgs-partikel, der er forudsagt af GWS-teorien?

    Den næste generation af acceleratorer (LHC) vil teste standardmodellen i energiområdet 1-10 TeV. Dette er et særdeles interessant område: Ikke alene kan vi her forvente at observere Higgs-partiklen, som er forudsagt af teorien, men det er også et område, hvor man forventer, at de "ikke-perturbative" effekter i standardmodellen vil spille en vigtig rolle.

    Forståelsen af disse spørgsmål illustrerer også et gennemgående træk ved teoretisk højenergifysik i dag: Ved at studere de mindste bestanddele føres man oftest til problemstillinger, der er relevante for forholdene i det tidlige univers. Dette skyldes, at de høje energier, der behøves for at splitte stoffet i dets mindste bestanddele, vil være tilstede ved de høje temperaturer, der herskede i det tidlige univers. Der knyttes således yderst betydningsfulde bånd til både moderne kosmologi og visse dele af nyere astrofysik.

    Mens GWS-teorierne har så små koblingskonstanter ved nuværende eksperimentelt målte energier at perturbationsteori er uhyre nøjagtig, er situationen mere kompliceret i QCD-teorien. En del spørgsmål kan her besvares i perturbationsregning, mens andre kræver massive computerberegninger i ikke-perturbative områder. Sådanne ikke-perturbative beregninger spiller en fremtrædende rolle i gruppens arbejde. I et specielt regime af afstande, kan spektret af egenværdier af den såkaldte Dirac operator for kvarkerne beregnes eksakt ud fra universalitet og en forbindelse til random matrix teori. Gruppen er aktivt involveret i disse nye anvendelser af random matrix teori, der også har tråde tilbage til gruppens banebrydende arbejde omkring forbindelsen mellem random matrix teori og strengteori.

    Forsøgene på at se standardmodellen som del af en større teori involverer forståelsen af strengteorier, samt studiet af kvantegravitation. Streng- og superstrengteorierne har i en årrække spillet en stor rolle for højenergigruppens arbejde på NBI, og gruppen har ydet væsentlige bidrag til formuleringen af disse teorier. Af nyere udviklinger kan her nævnes studiet af dualitets-symmetrier. I strengteori giver dualitet mulighed for at forbinde tilsyneladende forskellige teorier. Indenfor de seneste få år har strengteori gennemgået en rivende udvikling, som i udstrakt grad har sit udgangspunkt i netop disse dualitetsegenskaber. Generisk relaterer dualitet stærk kobling med svag kobling, og påstanden om eksakt dualitet er derfor fra begyndelsen et ikke-perturbativt udsagn. Ideen om en "større" forenende teori, kaldet M-teori, der har de kendte perturbative strengteorier indeholdt i sig i særlige grænser har i denne sammenhæng vist sig at være utroligt frugtbar, og har ført til en næsten eksplosiv aktivitet i feltet. Specielt har en forbløffende ækvivalens mellem M-teori, eller, i en vis grænse, 11-dimensional supergravitation med en helt specifik baggrundsmetrik på den ene side, og en konform invariant, supersymmetrisk sædvanlig kvantefeltteori på den anden side, ført til en hektisk aktivitet i de sidste par år. Baggrundsmetrikken må indeholde en såkaldt anti de Sitter (AdS) del, og kvantefeltteorien fremkommer mirakuløst på overfladen af dette AdS rum. Der arbejdes på flere fronter på at forsøge at udvide denne ækvivalens til det ikke-konforme og ikke-supersymmetriske tilfælde. Hvis der kommer et afgørende gennembrud her, har strengteori fået en helt uventet direkte relevans for selve partikelfysikkens standardmodel. Også inden for det sidste år har strengteori igen virket som katalysator for nye udviklinger indenfor standardmodellen og kvantefeltteori generelt. Specielt kan her nævnes muligheden for "store" ekstra dimensioner, og især studiet af såkaldt ikke-kommutative gauge teorier i fire dimensioner. Der er her tale om en udvidelse af de ikke-Abelske gauge teorier der indgår i standardmodellen (og som allerede har ikke-kommuterende generatorer) ved et ikke-kommuterende produkt i rum-tid. Gruppen på NBI har været aktivt involveret i disse seneste udviklinger lige fra starten (J. Ambjørn, H.B. Nielsen, P.H. Damgaard, P. Olesen, J.L. Petersen. Langtidsgæster og ph.d.-stipendiater (specialestuderende ikke medregnet) i det forløbne år: M. Arnsdorf, D. Bödeker, J. Correia, J. Greensite, T. Harmark, J. Jurkiewicz, C.F. Kristjansen, Yu. Makeenko, J. Nishimura, K. Olsen, P. Orland, K. Savvidy, G. Semenoff, R. Szabo, K. Takenaga, Y. Takanishi, K. Zarembo).

Eksperimentel partikelfysik

Er stoffet ultimativt opbygget af nogle få elementære og uforanderlige bestanddele, der ikke kan yderligere sønderdeles? De mest almene elementære partikler, vi kender i dag, danner tre familier med hver to kvarker og to leptoner. Disse synes at være de mindste bestanddele af alt stof. Hertil kommer kraftfelternes kvanter: fotoner, gluoner, W- og Z-bosonerne. Kvarker og leptoner kan bindes sammen af kraftfelterne til sammensatte partikler. For at løsne de bånd, der binder kvarkerne sammen til f.eks. protoner og neutroner, kræves der ekstremt høje temperaturer, nemlig sådanne som herskede i de første øjeblikke af universets historie.

    Sådanne forhold er bekostelige at etablere i laboratoriet, og derfor er der kun få laboratorier for partikelfysik i verden. I Europa har landene skabt organisationen CERN med laboratoriet ved Geneve til formålet. Danmark er et af de 19 medlemslande i CERN, og medarbejdere ved Niels Bohr Institutet har siden oprettelsen af CERN deltaget i det internationale samarbejde om eksperimenter i partikelfysik.

    Gennem sådanne eksperimenter har man fundet de ovennævnte elementære partikler, og man har endvidere kunnet afprøve teorien for de kræfter som virker mellem dem. Teorien for de stærke og elektro-svage kræfter er fundet i så god overensstemmelse med eksperimenter, at den går under navnet "standardmodellen" (se foregående afsnit).

    Det er et åbent spørgsmål, om man med standardmodellen er nået til enden af stoffets sønderdeling, eller om fremtidige eksperimenter vil afsløre indre struktur af disse partikler, eller måske helt nye partikler. Sandsynligheden taler for det sidste, da man ganske mangler en forklaring på, hvorfor partiklerne har deres respektive masser, hvorfor der netop er tre familier, hvorfor alle kræfter synes at konvergere til en fælles styrke ved ultimativt høje temperaturer og endelig hvordan gravitationskraften kan inkluderes i teorien.

    Niels Bohr Institutets deltagelse i disse undersøgelser angår blandt andet elektron-positron kollisioner i LEP acceleratoren ved CERN. Her i år 2000, LEP acceleratorens sidste år, er man nu nået op på den hidtil højeste energi, 209 GeV. I løbet af året fandt man endvidere tegn på den "manglende brik" i standardmodellen, nemlig en såkaldt "Higgs" partikel, der tjener til at give masse til de andre partikler. Signalet var ved en Higgs masse på 114 GeV. Desværre var signalet ikke kraftigt nok til at man kunne tale om en opdagelse, men dog et kraftigt incitament for næste generation af acceleratorer til at lede særligt godt ved netop denne masse. Ved LEP arbejdes der endvidere med præcisionsmålinger af de forskellige bosoner (kraftkvanter), målinger som ikke vil kunne overgås i præcision i en overskuelig fremtid.

    Der deltages endvidere i forberedelser til den næste generation af eksperimenter ved CERN. Ved at accelerere protoner til meget høje energier i en ny superledende ring, LHC, placeret i LEP tunnelen er der en særdeles god chance for at besvare nogle af de åbne spørgsmål i partikelfysikken. Det er her nødvendigt at lade intense protonbundter støde sammen 40 millioner gange i sekundet. Dette giver store udfordringer til den elektroniske behandling af eksperimentets millionvis af måleenheder, og i dette område bidrager NBI til udviklingen af udstyr og metoder.

    Man har indset at anstrengelserne for at skaffe tilstrækkeligt med regnekraft til LHC eksperimenterne kunne føre til nye udviklinger af samme vidtrækkende betydning for samfundet som the World Wide Web. En sådan udvikling er det såkaldte GRID, en ide om et globalt netværk af computer-ressourcer, der tilvejebringer ressource-tunge tjenester til forbrugerne på en lignende gennemsigtig måde som elnettet tilvejebringer strøm til forbrugernes stik. Et dansk konsortium med deltagelse af Niels Bohr Institutet er samlet med henblik på at bidrage til den internationale forskning på dette område.

    Endeligt deltages der i et nyt eksperiment ved DESY, det store partikelfysik-anlæg i Hamburg. I eksperimentet vil man søge at isolere store mængder af partikler, der indeholder den næst-tungeste kvarktype. Det drejer sig om at finde ud af det subtile mønster hvorefter de forskellige kvarktyper kan blande sig og transformere mellem hinanden når de udveksler W-bosoner. Sådanne effekter er nødvendige for at forklare hvorfor der alene findes stof i universet (foruden stråling) og ikke lige så meget anti-stof (J.D. Hansen, J.R. Hansen, P.H. Hansen og B.S. Nilsson, M. Dam, R. Muresan og A. Wäänänen. S. Schmidt, B.Aa. Nielsen og E. Lytken).

Teoretisk Kernefysik

Teoretisk kernefysik dækker over mange emner, hvoraf en stor del dyrkes ved instituttet. Der er en lang tradition for studier af strukturen af stabile og næsten stabile kerner. I de senere år har interessen også samlet sig om studiet af egenskaberne af kernestof under kompression og voldsom opvarmning. Disse egenskaber kan studeres i laboratoriet i kollisioner mellem tunge kerner. Voldsomt opvarmet kernestof fandtes i det tidlige univers, og kernestof under kompression forekommer i dag i naturen i neutronstjerner.

    Den teoretiske gruppe er kraftigt engageret i kernestrukturforskning. En aktuel problemstilling er kobling mellem termisk eksitation, superfluiditet og rotationsbevægelse i atomkerner. Ved en lav temperatur, i forhold til den typiske energiskala i kernefysik, sker en faseovergang fra jævn til diffus rotationsbevægelse. Udfra teorier for systemer af få partikler undersøger gruppen såkaldte halokerner, der har en diffus overflade af neutroner. Metoder fra kernefysik bruges i beskrivelsen af atomare klynger, dvs. mikroskopiske metaldråber bestående af op til nogle tusinde atomer. Også kvantetilstande i superkolde Bose-kondensater og i nanostrukturer indeholder analogier til kernefysik, og studeres af gruppen. Atomkerner indeholder nogle af de mest karakteristiske overgange fra ordnet til meget irregulær bevægelse. I samarbejde med medlemmer af instituttets gruppe for Komplekse Systemers Fysik, arbejder gruppen på beskrivelser af kvantekaos.

    Ved mellemtemperaturer udviser kernestof en faseovergang fra en væske til en gas. Ved meget højt tryk og temperatur mister de enkelte nukleoner deres identitet, og der dannes et quark-gluon plasma, hvori quarkerne bevæger sig frit. Symmetrier af løsningerne til feltteorier, som kan beskrive plasmaet, åbner muligheder for eksistensen af forskellige faser, med karakteristiske faseovergange af første og anden orden. Quark-gluon plasmaet kan skabes ved oprettelse af chiral symmetri, eller ved overgang til en fase med superledning i QCD-farven. Fasediagrammet og tilstandsligningen for kernestof er af afgørende betydning for det indre af neutronstjerner. Quark-gluon plasmaet kan opstå kortvarigt i kollisioner af relativistiske tunge ioner. I samarbejde med NORDITA laver gruppen modelbeskrivelser af de dynamiske kollisionsforløb. Gruppen er knyttet til det skandinavisk-europæiske CHIC projekt for mellemenergier og til det danske CRAK samarbejde indenfor relativistisk tungionfysik. Samarbejdet omfatter bl.a. detektorsystemet BRAHMS ved RHIC acceleratoren i Brookhaven, USA.

    Gruppen deltager i ph.d.-skoler i samarbejder med Universität Giessen og med Lunds universitet (medarbejdere: J.P. Bondorf, M. Diakonov (Nordita), T. Døssing, A.D. Jackson. Adjungerede professorer: R.A. Broglia, I.N. Mishustin Langtidsgæsteforskere: H. Heiselberg (Nordita), J.T. Lenaghan, J. Randrup, O. Scavenius (Nordita), R. Vogt, T. Wilke. Ph.d.-studerende: G. Neergaard (Aa.U.), M. Oswald, K. Splittorff. Specialestuderende: N. Schou, J. Pedersen).

Eksperimentel kernefysik

Den eksperimentelle gruppes forskning i kernestruktur baseres i dag på udnyttelse af de bedste internationale multidetektor systemer for måling af gamma-strålingen fra hurtigt roterende atomkerner produceret ved hjælp af tung-ion acceleratorer i Europa og USA. Vi har således i år 2000 udført eksperimenter med EUROBALL-IV detektoren på Vivitron acceleratoren i Strasbourg, Frankrig, GAMMASPHERE detektoren i Berkeley, USA, JUROSPHERE II samt den gasfyldte RITU separator på Cyclotronen i Finland og højenergi Gamma-detektor systemet HECTOR på ALPI acceleratoren i Legnaro, Italien. Vi har desuden deltaget i opbygning og indledende eksperimenter med det nye EXOGAM detektor system, som nu opbygges ved GANIL acceleratoranlægget i Caen, Frankrig, med henblik på at udnytte de nye muligheder, som opstår her ved anvendelse af radioaktive beam-partikler.

    I disse eksperimenter udnytter man primært de velkendte Coriolis- og centrifugal kræfter som induceres i de meget hurtigt roterende compoundkerner, og som dannes ved fusion af accelererede tung-ioner med targetkerner. Efter afgivelse af eksitationsenergi ved partikel fordampning afkøles kernen ved henfald mod grundtilstanden ved udsendelse af en kaskade af gammastråler. Gammastrålernes energier er proportionale med den aftagende rotationsfrekvens under kernens henfald. Rotationskorrelationen i hvert enkelt henfald kan herved studeres og give detaljeret information om kvante-strukturen, herunder kernepartiklernes forskellige bevægelsesmønstre under rotationen.

    En stor del af eksperimenterne sigter imod en detaljeret identificering og kortlægning af atomkernens kvantetilstande samt studiet af kernens enkelpartikel og kollektive bevægelsesformer, faseovergange og symmetribrud. Andre sigter på at identificere særlige kerneegenskaber, ofte teoretisk forudsagt, som er meget vanskelige at finde og studere. Dette gælder f. eks. de aksial symmetriske hyperdeformerede tilstande med akseforhold på 3:1:1, som er teoretisk forudsagt i begrænsede masse- og spinområder, men som vi endnu ikke, efter flere søgninger i Hf og Yb området, har kunnet påvise. Vi har fået bevilget beamtid i år 2001 til en fornyet indsats i Xe-Ba området, hvor kernerne har den største stabilitet imod fission ved høje spin.

    Kerner kan også udvikle kollektive former, hvor den aksiale symmetri er brudt. En følge af triaksialiteten i et kvantesystem kan herved studeres og gruppen har indledt en række forsøg på at belyse disse problemstillinger i større detalje efter at have identificeret et område omkring Lu og Hf kernerne, både teoretisk og eksperimentelt, hvor denne type tilstande findes. Vi har i år 2000 især fokuseret på levetidsmålinger til bestemmelse af kollektiviteten, og forsøg på at finde den såkaldte "wobbling mode", forudsagt af Bohr og Mottelson for mere end 20 år siden. Det er nu lykkedes ved hjælp af EUROBALL IV i Strasbourg at identificere et rotationsbånd i 163Lu, som viser en del af de egenskaber som "wobbling" bevægelsen forventes at have.

    I 1999 kom vi frem til en bedre teoretisk forståelse af dæmpningen af varme atomkerners rotationsbevægelse i henfaldet fra høje spin. Cranking beregninger på blandede tilstande viser, at dæmpningen af rotationsbevægelsen indeholder 2 komponenter, en tidligere forudsagt spredning af rotationsstyrken med stor bredde, som er ukorreleret i henfaldet, men nu også en smal komponent med ca. 5 gange mindre spredning og som principielt kan følges igennem flere henfald i gamma-strålingen. Beregningerne viser, at den smalle komponent direkte er relateret til en fundamental størrelse, som beskriver middelfelttilstandenes kobling til compoundkernens kontinuum. Vi forsøger derfor på forskellige måder at eftervise disse forudsigelser, ved f. eks. at studere gamma-kontinuet fra tripple coincidens målinger og udnytte nye fluktuations-analysemetoder på gamma-spektrenes rotationsstrukturer.

    Gruppen er også engageret i udvikling af en ny type multi-segmenteret detektor, hvor "tracking" af gamma spredningen i detektoren giver helt nye muligheder. Vi sigter her imod at opnå en nøjagtig positions- og retningsbestemmelse af gammastrålerne og at forbedre effektiviteten med en faktor 2-3. Følsomheden for detektering af svage gamma-kaskader forøges herved flere størrelsesordener. Dette vil åbne mulighed for en komplet kortlægning af kernernes kvantestruktur helt op til energiområdet, hvor kernetilstandene viser kaotisk struktur. Dette projekt støttes af et EU, TRM netværk program med 8 deltagende institutioner fra EU. Gruppen har især påtaget sig opgaver indenfor databehandlingsområdet og har herunder afholdt en Skole/Workshop i Data Analyse, 16-21 okt. 2000, med forelæsninger af specialister fra Europa og USA samt med stor tilslutning af ph.d.-studerende og post.docs fra vore europæiske samarbejdspartnere i projektet.

    En ny udvikling på accelerator og detektor området har gjort det muligt at studere kerner, som har et meget stort overskud af neutroner i forhold til de stabile kerner. Studiet af disse kerner har speciel betydning fordi de indgår som mellemprodukter i tilblivelsen af solsystemets grundstoffer ved supernova eksplosioner. Forekomsten af de såkaldte magiske nucleontal og andre strukturelle fænomener spiller en stor rolle i disse processer. Gruppen har således deltaget i eksperimenter ved GANIL i Frankrig med sigte på at efterprøve de forventede magiske strukturer i kernernes skalmodel. Gruppen har ved disse forsøg bidraget med en ny 16-fold segmenteret germaniumdetektor, som gør det muligt på trods af store Doppler skift at måle gamma-strålingen med høj præcision fra kerner der bevæger sig med omkring 30 % af lysets hastighed (G.B. Hagemann, B. Herskind, G. Sletten, Wenchow Ma, J.N. Wilson og H. Amro, D. Ringkjøbing Jensen og S. Ødegård samt T. Dalsgaard, C. Rønn Hansen og H. Thisgaard.

Pioner i kernemediet

Projektet er afsluttet.

Højenergi tungion fysik

Kvarker er normalt bundne i "farveløse" partikler, dvs. at kvantetallet "farve" er neutraliseret på samme måde som elektrisk positiv og negativ ladning tilsammen kan give elektrisk neutrale tilstande. De observerede partikler er således protoner, neutroner, andre baryoner og mesoner. Dette er et karakteristisk træk ved stof under de betingelser, der hersker i universet i dag. Ved meget høje temperaturer og tætheder, svarende til de forhold der fandtes cirka et mikrosekund efter Big Bang, eksisterede disse farveløse partikler ikke, men i stedet kunne kvarkerne og gluonerne (den stærke vekselvirknings kvantum) bevæge sig frit omkring i det unge univers. Dette er i hvert fald hypotesen. Forsøg med tunge ioner ved ultrarelativistiske energier formodes at kunne genskabe forhold, der ligner tilstandene i dette unge univers, dog varer en sådan laboratoriefrembragt tilstand kun så lang tid, som det tager lyset at rejse fra den ene ende af atomkernen til den anden, og laboratorie "universet" har en udstrækning som en kerne.

    En forskergruppe på instituttet, kaldet HEHI, deltager i sådanne tungion-forsøg, dels ved CERN i Geneve og dels i Brookhaven Laboratoriet udenfor New York.

    Gruppens centrale aktivitet er lige nu knyttet til den nye tungion-collider RHIC i Brookhaven Laboratoriet, hvor man vil kunne studere stød mellem tunge ioner med en energi på 200 GeV pr. nukleon par. Gruppen deltager i BRAHMS, ét af de fire store eksperimenter ved RHIC. Gruppen har til eksperimentet bl.a. bidraget med en stor spektrometermagnet, to segmenterede flyvetidshodoskoper og et "Time Projection Chamber" (TPC). I løbet af året har gruppen arbejdet med færdiggørelsen af eksperimentet, opbygningen af den nødvendige, ret komplekse software og datatagningen i juni, juli og august hvor RHIC leverede Au+Au beams ved 130 GeV pr. nukleon par. Fysikprogrammet sigter på en omhyggelig måling af partikelspektrene fra Au+Au sammenstød. I efteråret har gruppen haft travlt med analysen af de opnåede data.

    En anden aktivitet i 2000 har været afslutningen af NA44 eksperimentet ved SPS acceleratoren på CERN. I dette eksperiment måltes partikelspektre og multipartikel korrelationer i tungion- kollisioner ved en energi ca. 10 gange mindre end ved RHIC. I 2000 har gruppen arbejdet med færdiggørelsen af en række publikationer, især med analysen af produktionen af sjældne, sammensatte partikler (deuteroner, tritoner og disses antipartikler). Denne fysikanalyse sigter især mod en indgående forståelse af forholdene ved "freeze-out" dvs. tilstanden, hvor partiklerne frigør sig fra vekselvirkningsområdet.

    På endnu længere sigt planlægges en deltagelse ved CERN's LHC projekt, som forventes i gang år 2006. Gruppen deltager i ALICE eksperimentet, som også primært vil studere ultrarelativistiske tungion reaktioner ved en meget stor energi (ca. 30 gange energien ved RHIC). Gruppen bidrager med og står for et silicon teleskop, der måler partikelmultipliciteten i forlæns retning samt i laser-kalibreringssystemet for den store TPC (Hans Bøggild, Jens Jørgen Gaardhøje, Ole Hansen, Anders Holm, Børge Svane Nielsen, Ian Bearden og Pavel Staszel samt ph.d.-studerende Peter Christiansen og Djamel Ouerdane samt yderligere fem specialestuderende).

Astrofysik

Kosmisk Mikrobølge Stråling, TOPHAT

Tophat, der er et ballon-projekt til måling af den kosmiske mikrobølge stråling baggrund (CMB), er nu under samling på Sydpolen og vi forventer en opsendelse lige i begyndelsen af 2001. Hvis alt går vel, vil ballonen med sit teleskop på toppen drifte rundt om Sydpolen i ca. 40 km højde i en lille cirkel bane i en afstand af ca. 12 grader fra polen, på 10 - 14 dage. Selve teleskopet, der peger 12 grader fra zenith, vil rotere om zenith 2 gange i minuttet og Tophat vil således dække et område fra polen og til 66 grader syd, svarende til godt 5% af himlen (P.R. Christensen, H.U. Nørgaard-Nielsen (DSRI), H.E. Jørgensen).

Kosmisk Mikrobølge Stråling, PLANCK

DSRI, NBIfAFG og TAC har et såvel formelt som reelt samarbejde om ESA's PLANCK satellit-mission til måling af anisotropien af den Kosmiske Mikrobølge Stråling. Der forventes opsendelse i 2007. Det danske bidrag består i at fremstille og levere spejlene til mikrobølge teleskopet. Den endelige spejlkonfiguration er nu på plads, og udbudsmaterialet til en EU udbudsforretning er ved at være klar. Vi er desuden ved at etablere et samarbejde med det russiske RATAN-600 projekt vedrørende forstudier til Planck ( P.R. Christensen, H.U. Nørgaard-Nielsen (DSRI), H.E. Jørgensen, I. Novikov).

Komplekse systemers fysik

Denne gruppe repræsenterer et bredt spektrum af interesseområder, som har været i stærk udvikling i det sidste årti. Med udgangspunkt i hele spektret af traditionelle specialiteter på NBI/NORDITA: kernefysik, statistisk mekanik, faststoffysik, højenergifysik og astrofysik er der vokset et nyt område frem, hvis fælles tråd er den stærke ulinearitet, som findes i alle realistiske systemer og ofte spiller en helt dominerende rolle. Denne ulinearitet kan fremkalde strukturer med meget kompleks geometri (bl.a. såkaldte fraktaler) og meget irregulær bevægelse (kaos), hvis forløb er uforudsigeligt på trods af at dynamikken er helt deterministisk. Et andet fællestræk ved dette område er brugen af computereksperimenter; det er i høj grad den intuition, som er opnået gennem vekselvirkningen med computere, som gør det muligt at angribe disse vanskelige "klassiske" problemer.

    De metoder, der udvikles i studiet af ulineære systemer kan anvendes på mange forskellige områder, f.eks. turbulens, kvantesystemer med mange frihedsgrader (som atomkerner), kemiske reaktioner, klassisk mekanik og konstruktionen af neurale netværk med evne til at lære og udføre komplicerede beregninger på en fleksibel måde.

    Kaotisk bevægelse i små systemer er i de sidste ti år blevet et relativt velstuderet område. Man ved noget om, hvordan kaos opstår og hvordan det karakteriseres. For turbulens er situationen helt anderledes: vi har en meget ringe teoretisk forståelse og ved ikke meget om, hvordan den bedst kan karakteriseres. Det er et spændende område og der foregår en bred indsats her: numeriske eksperimenter med gitre af koblede afbildninger, cellulære automater og hydrodynamisk turbulens. Fremskridt på disse områder er vanskelige, men vil kunne anvendes på mange fænomener, hvor både kaotisk bevægelse og rumlig uorden spiller en rolle.

    Man kan specielt fremhæve de undersøgelser af "intermittens" i turbulent bevægelse (dvs. afvigelser fra Kolmogorovs teori), baseret på såkaldte skalmodeller, som viser at dette fænomen kan findes i selv meget simple modeller. Endvidere er der sket fremskridt i forståelsen af turbulens i periodiske kemiske reaktioner. Det er lykkedes at få overblik over de instabiliteter, der forårsager den turbulente dynamik og de bundne hvirvel- (eller spiralbølge-) tilstande, der kan dannes undervejs. Endelig kan man nævne en ny gruppe af dynamiske vækstmodeller, som har skabt stor interesse.

    Udviklingen inden for "kvantekaos", som historisk står Institutterne særlig nær, har været meget spændende i de sidste år, da man nu, både eksperimentelt og teoretisk, kan studere højt eksiterede og meget righoldige spektre, f.eks. af brintatomet i et ydre magnetfelt. Her er gruppen kendt for at have udviklet en meget effektiv og udbredt teknik, hvorved systemets egenskaber kan beskrives ved hjælp af et lille antal periodiske baner fra det tilsvarende klassiske (Newtonske) system.

    Indsatsen på dette område er stor og stærkt voksende. Den er styrket betydeligt gennem skabelsen i 1993 af "Center for Chaos and Turbulence Studies" finansieret af Statens Naturvidenskabelige Forskningsråd (i første periode ledet af P. Cvitanovic). Det består af NBI kaosgruppen, af Preben Graae Sørensens gruppe på Kemisk Institut, samt af Erik Mosekildes gruppe fra DTU. Dette center har skabt helt nye muligheder for det eksperimentelle program. Vi har nu mange eksperimenter i hydrodynamik (ved M. Levinsen og C. Ellegaard): rørstrømninger, frie overflader (hydrauliske spring), Faraday bølger, sandriller og sonoluminescens. Endvidere i svampevækst (med forbindelse til andre dynamiske fronter), kuglestrømninger, akustiske resonanser (med forbindelse til kvantekaos), simple modeller af vekselvirkende neuroner og proteinfoldning. Den oprindelige bevilling til CATS centeret, som nu er ledet af M.H. Jensen, blev i 1998 afløst af en ny rammebevilling fra Statens Naturvidenskabelige Forskningsråd.

    I 1998 blev gruppen medlem af en graduate skole i "Ikke-lineære Systemer'' sammen med grupper på Danmarks Tekniske Universitet, Kemisk Institut (KU), Afdelingen for Optik og Fluid Dynamik (Risø) og med samarbejdspartnere i industrien, så som Novo-Nordisk. Skolen er finansieret af Forskerakademiet og gennem denne graduate skole har vi en unik mulighed for at koordinere undervisningen for ph.d.-studerende (og til dels også speciale studerende). Kurserne kan understøttes af gæsteforelæsere betalt af skolen og udenlandske ph.d.-studenter bliver ligeledes støttet af skolen. Skolen afholder en mængde workshops og symposier og er i gang med at udforme samarbejdsaftaler med andre tilsvarende skoler i verden.

    Gruppen har gennem de senere år satset mere og mere aktivt på at studere emner og processer inden for biologiske systemers fysik. Dette er i særdeleshed sket gennem en eksperimentel opbygning af studier af konfigurationsændringer af makromolekyler, så som proteiner, DNA og polymerer. Gennem et eksperimentelt udstyr, opbygget indenfor gruppen af G. Zocchi, er man i stand til at se på ændringer i konfigurationer på skalaer så små som få ångstrøm. Teknikken der bruges er baseret på et nærfelts-optisk mikroskop, og der er opnået banebrydende resultater med denne teknik. Aktiviteten bliver suppleret af en teoretisk indsats inden for beskrivelser af termodynamiske processer for protein-foldning. Ligeledes studeres motor-proteiner teoretisk. Gruppen har tæt samarbejde med molekylærbiologer, medicinere og kemikere under KU, og afholder ugentlige tværvidenskabelige gruppemøder.

    I slutningen af 1998 blev to unge forskere, Kirstine Berg-Sørensen og Lene Oddershede, tildelt en bevilling fra FREJA programmet. Denne aktivitet vil opbygge en såkaldt optisk pincet til at studere, kontrollere og manipulere de mindste biologiske molekyler. Denne form for pincet udgør et særdeles avanceret værktøj til en videre forståelse af fysiske processer i biologien. I 1999 blev den eksperimentelle aktivitet indenfor biofysik yderligere styrket gennem en samarbejdsaftale med Den Kongelige Veterinær- og Landbohøjskole (KVL). Christian Rischel er gennem denne aftale ansat dels ved NBI og dels ved KVL og vil ved NBI opbygge et fluorescens-eksperiment til undersøgelser af enkelte biologiske molekyler.

    Gruppen indenfor biologisk fysik var medinitiativtager til dannelsen af en forskerskole i "Biological Physics'' i samarbejde med Risø Laboratoriet, MEMPHYS på Danmarks Tekniske Universitet, Den Kongelige Veterinær- og Landbohøjskole og August Krogh Institutet på Københavns Universitet. Denne skole er sponsoreret af Forskerakademiet og danner en "paraply'' over alle ph.d.-studerende inden for områder i biologisk fysik i hele Ørestads-området. Således er der tæt samarbejde med fysikafdelingen på Lunds universitet. Skolen tilbyder et stort udbud af kurser indenfor feltet, og inviterer gæsteforelæsere til at deltage i kurserne og forelæse i workshops for ph.d.-studerende.

    Et andet meget aktivt område indenfor komplekse systemers fysik er studiet af selvorganiserende kritiske fænomener (kaldet "SOC''). Dette felt blev etableret af P. Bak for ca. 10 år siden og har siden da gennemgået en rivende udvikling, og mange grupper i verden arbejder nu indenfor dette felt. Hovedideen bag selv-organiserende kritiske fænomener er, at ikke-lineære dynamiske systemer, med både tidslige og rumlige frihedsgrader, af sig selv vil udvikle sig hen imod et kritisk punkt, alene givet ved de underliggende dynamiske processer. Idet systemet nærmer sig det kritiske punkt, vil rumlige og tidslige korrelationer bygges op og på det kritiske punkt vil der være potens-lov korrelationer i både tid og rum. Denne opførsel er nu eksperimentelt observeret i en mængde systemer, f.eks. sandbunker, superledningsdynamik, væskedynamik, etc. I de seneste år har gruppen udvidet sin aktivitet til at omhandle biologiske systemer, såsom immunsystemet, og endvidere også finansielle systemer, som aktiehandel og -priser. Ud fra computersimuleringer af de dynamiske ligninger observeres igen en kritisk opførsel, hvilket kan have afgørende konsekvenser så vel på det medicinske som det finansielle område.

    Gruppen er deltager i tre "Mobility''-netværk indenfor EU: "Extended Dynamical Systems'' (koordineret af T. Bohr), "Fractals and Self-organization'' (koordineret af P. Bak) og "Intermittency in Turbulence'' (koordineret af M.H. Jensen). I hvert netværk deltager ca. 10 andre fremtrædende grupper i Europa.

    Mange fremragende gæster har besøgt grupperne og det har, sammen med den store og aktive studentergruppe, bidraget til at skabe et stimulerende og dynamisk miljø. En stor del af forskningen i disse nye retninger har været muliggjort gennem generøs støtte fra private fonde og industri (P. Alstrøm, P. Bak, K. Berg-Sørensen, T. Bohr, P. Cvitanovic, P. Dimon, C. Ellegaard, J. Hertz (NORDITA), M. Høgh Jensen, B. Lautrup, M. Levinsen, L. Oddershede, C. Rischel, K. Sneppen (NORDITA)). Specialestuderende: U. Beierholm, J. Dam, B. Hansen, K. Hansen, A. Jakobsen, M. Lommer, R. Mikkelsen, U. Petersen, M. Skogstad, K. Scheibye-Knudsen, J. Udesen, L. Søndergaard, J. Donsmark, J. Kisbye Dreyer, H.C. Mulvad, J. Mathiesen, R. Kristensen, C. Strømfeldt, V. Hvass, J.Q. Thomassen, J. Ryge, N. Weppenaar, M.S. Nielsen, M. Tibian. Ph.d.-studerende: J. Sparre Andersen, J. Borg, B. Freiesleben, S. Hörlyck, S. Juul Jensen, J. Lundbek Hansen, S. Nørrelykke, F. Okkels, J. Randløv, K. Schaadt, G. Simon, K. Klemm).

Instituttets regnemaskineanlæg

Regnemaskineudstyret på Blegdamsvej har kørt stabilt også i 2000. Der er foretaget de traditionelle udvidelser i form af flere UNIX (Digital UNIX og Linux) arbejdsstationer og forbedret netværksudstyr. Centrale UNIX servere er en AlphaServer 2000 5/250 og en Alpha XP1000. Disse betjener 24 Digital UNIX og mere end 100 Linux arbejdsstationer. Herudover er der en PC bar med 30 Linux maskiner for de studerende som drives sammen med Ørsted Laboratoriet. Endelig har højenergi afdelingen en regne-klynge bestående af 40 Linux maskiner.

    Netværket består af et antal ethernet-segmenter koblet sammen til en stjerne topologi i en bro, samt en FDDI-ring. Alle segmenter kan nu levere 100 Mbit/s ethernet og et enkelt kører med 1 Gigabit hastighed (Björn S. Nilsson).

 

Nationalt og internationalt forskningssamarbejde

I løbet af kalenderåret 2000 har 34 udenlandske gæsteforskere (heri inkluderet 7 udenlandske studerende) opholdt sig ved Niels Bohr Institutet i længere perioder (over 3 måneder).

    De er fordelt på følgende lande: Armenien 1, Australien 1, Belgien 1, Canada 1, England 1, Frankrig 1, Grækenland 1, Italien 8, Island 1, Japan 3, Polen 1, Portugal 1, Rumænien 2, Rusland 1, Spanien 1, Tyskland 4, Ungarn 1, USA 4.

    Derudover har instituttet i 2000 haft 120 udenlandske gæster på kortere besøg (i max. 3 måneder) og et antal gæster, som har deltaget i workshop on Classical and Quantum Chaos 18-22-09, med 7 deltagere, workshop on Discrete Random Geometry 28-09 – 30-09, med 41 deltagere og en School/Workshop on Data-Analysis 16-10 – 21-10, med 32 deltagere. Alle ekskl. deltagere fra NBI (Ulla Holm).

 

Niels Bohr Arkivet

Niels Bohr Arkivet blev oprettet den 7. oktober 1985. Det er en tilskudsberettiget selvejende institution under Forskningsministeriet i tilknytning til Niels Bohr Institutet og Københavns Universitet.

    Arkivets mange historiske samlinger omfatter bl.a. Niels Bohrs videnskabelige, private og administrative korrespondance, Bohrs manuskripter, nogle af Bohrs nærmeste medarbejderes breve og manuskripter, samt video-, film- og lydbåndsoptagelser med og om Bohr. Efterhånden som samlingerne bliver ordnet og registreret (med støtte fra danske og udenlandske fonde), lægges de relevante oplysninger ud på Arkivets hjemmeside, hvor man også kan se Arkivets store fotosamling. Bøgerne i Arkivets unikke videnskabshistoriske bogsamling er ikke til hjemlån, men kan læses i det nye bibliotek, der blev indviet i marts 2000.

    Arkivet modtager gæsteforskere fra ind- og udland, arrangerer åbne seminarer i videnskabshistorie, og fungerer desuden som formidler af naturvidenskab og videnskabshistorie for gymnasieklasser.

    I år 2000 har Arkivet medvirket til flere videnskabshistoriske publikationer. Af Niels Bohr Collected Works, der udgives på forlaget Elsevier Science Publishers, mangler nu kun bind 11, der bliver redigeret af Finn Aaserud (Forstander: Finn Aaserud).

 

Ørsted Laboratoriet

Nanofysik

Nanofysikgruppen beskæftiger sig med III-V halvleder-baserede mesoskopiske strukturer, mesoskopiske superledere og magneter samt kulstofnanorør. III-V Nanolab, er centreret omkring molekylstråleepitaksi-anlægget. Dette anlæg (MBE) tillader at opbygge enkrystallinske lag af skiftevis GaAs og GaAlAs til fremstilling af kunstige krystaller og lavdimensionale strukturer. Scanning-elektronmikroskopet yder elektronstrålelitografi ned til 50 nm liniebredde. Desuden foretages målinger ved lave temperaturer (20 mK) og høje magnetfelter (13 T) samt med et atomic-force mikroskop (AFM) (P.E. Lindelof, J. Borggreen, C.B. Sørensen, L. Theil Kuhn, N. Payami, C. Mortensen, A. Kristensen, P.R. Poulsen, J. Nygård og S. Pedersen).

Nanopartikler og nanorør

Transporten af elektroner og deres spin (magnetisk moment) studeres i granulære strukturer sammensat af magnetiske (kobalt) og umagnetiske (guld) nanopartikler. Som følge af de forskellige transportegenskaber af nanopartiklerne opnås spinafhængige transporteffekter ved lave temperaturer og med et ydre magnetfelt påtrykt. For at kunne studere elektron- og spintransport i de enkelte nanopartikler fremstilles elektroder ved elektrokemisk ætsning med kaliumguldcyanid af præfabrikerede guld mikroelektroder. Det vil være muligt at fabrikere kontakter til nanopartikler på mindre end 5 nm.

    Forestiller man sig et oprullet grafitlag, får man et såkaldt kulstofnanorør med diameter på 1-3 nm og længde på op til flere mikrometer. Ved bias-spektroskopi udmåles de enkelte elektroniske egentilstande i dette meget lange molekyle. Der kan fremstilles nanorør på forudbestemte lokaliteter på en Si-chip, baseret på en katalytisk udfældning af kulstof fra metan. Et nanorørs lokale elektriske egenskaber kan bestemmes vha. en elektrisk ledende AFM-spids. Anvender man et ferromagnetisk materiale (fx jern) som kontakt til et kulstofnanorør kan elektronerne polariseres vha. et ydre magnetfelt inden de strømmer gennem røret. Ved at vende feltet og udnytte hystereseeffekten kan vi måle om elektronerne bevarer deres spin-information hele vejen gennem røret ( L. Theil Kuhn, J. Nygård, J. Borggreen, P. Rugård Poulsen, P.E. Lindelof, K. Haldrup, M. Andreasen og A. Jensen i samarbejde med F. Vanhoutte, G. Verschoren, P. Lievens, Leuven Universitet, C. Greisen, U. Quaade, J. Ulstrup, S. Mørup, MIC og DTU, C. Thelander, Lund, D. Cobden, Warwick).

Halvlederstrukturer

Ved at kombinere kvantisering af magnetisk fluks (SQUID ringe) og Josephson effekten med halvleder-nanostrukturer kan der opnås nye typer af hybrid komponenter. Superledende ringe er anbragt direkte på et GaAs/GaAlAs mikro Hall kryds, hvorved vi er i stand til at detektere de enkelte flukskvant-tilstande i mikrometer store superledende ringe. Vi kan detektere nærfeltsvekselvirkningen fra en Josephson mikrobro anbragt direkte oven på en kvantepunktkontakt. Dette systems ulineære egenskaber medfører en ensretning af højfrekvenssignalet fra Josephson dioden.

    Kvantepunktkontakter med en bredde på 50-250 nm fremstilles i GaAs/GaAlAs heterostrukturer vha. elektronstråle-litografi og vådætsning.

    Elektrontransport i disse komponenter studeres som funktion af temperatur og forspænding. Fokus er lagt på den såkaldte 0,7-konduktans anomali, som observeres ved 1,4 gange ledningsevnekvantet.

    Aharonov-Bohm elektron-interferometre er defineret ved at ætse ringformede komponenter med radius fra 0,2 til 1,5 mikrometer i GaAs/GaAlAs heterostrukturer med en todimensional elektrongas. Interferens giver anledning til Aharonov-Bohm magnetomodstands oscillationer.

    NBIfAFG har været partner i et Europæisk samarbejde 1998-2000 i det 4. EU rammeprogram, ESPRIT. Her er udviklet en ny type mikroelektronik baseret på endimensionale elektronkanaler, f.eks. kvantekomponenter i heterostrukturer af GaAlAs/GaAs, InP/GaIAs og SOI (silicon-on-insulator). Disse og flere andre typer er blevet udviklet og patenteret. Komponenterne er baseret på kvantefænomener som ledningsevnekvantisering og enkelt-elektron effekter og kan få betydning for udviklingen af kvantekomputeren.

    NBIfAFG er koordinator for "Mesoscopic Electronics" under COST (Coordination of Science and Technology in Europe) i perioden 1999-2004. Emnerne for dette forskningssamarbejde er endimensionale elektriske ledere, kulstofnanorør, spintransport, molekylær elektronik, superledning, nanopartikler og kvantedots. Samarbejdet involverer 14 Europæiske lande og er et forum for en stærk forskningsvekselvirkning ( S. Pedersen, J. Hollingbery, S. Erfurt Andresen, R. Taboryski, J. Kutchinsky, S. Jensen, A. Kristensen, J. Bindslev Hansen, P.E. Lindelof, B. Skov Sørensen, A.E. Hansen, C.B. Sørensen, A. Kristensen, J. Hanberg, og H. Bruus i samarbejde med universiteter i Lund, Stockholm, Helsingfors, Würzburg, Stuttgart, L.M. Ericsson Components og GIGA A/S).

Generel teori

Coulomb friktion mellem mesoskopiske ledere

Bliver afstanden mellem to ledere så lille, at den er af samme størrelsesorden som middelafstanden mellem elektronerne, opstår der en ny og anderledes kobling end den der kendes fra klassisk elektromagnetisme. Elektronernes indbyrdes frastødning bevirker, at en strøm i den ene leder overføres delvist til den anden. Denne effekt er rimelig velforstået. Vi har nu undersøgt, hvordan dette billede ændrer sig, når de to ledere er mesoskopiske, dvs. så små at kvantekohærens er af afgørende betydning. Kohærensen medfører at strømretningen kan vendes i den passive leder, og disse effekter giver mulighed for at studere egenskaber af bølgefunktionerne, som ellers ikke er tilgængelige (K. Flensberg i samarbejde med N. A. Mortensen og A.-P. Jauho, MIC).

Mesoskopisk magnetisme og 0,7 konduktansanomalien

Vi har udviklet en fænomenologisk model, der giver en samlet fortolkning af mange forskellige eksperimentelle observationer af 0,7 konduktansanomalien i kvantepunktkontakter. Denne anomalis oprindelse har længe været et af de store uafklarede spørgsmål inden for transportstudier af lavdimensionale systemer. Modellen udnytter Landauer formalismen, og den involverer forøget spin-korrelation sammen med termisk affolkning af spinsplittede ledningsevnebånd. Modellen giver en tilfredsstillende forklaring på målinger af ledningsevne som funktion af elektrisk spænding, temperatur og magnetfelt (H. Bruus, V. Cheianov, K. Flensberg).

Bose-Einstein kondensation

De teoretiske undersøgelser af atomskyer i fælder ved meget lave temperaturer er videreført. For fermioner er overgangstemperaturen til den superflydende tilstand beregnet med henblik på at kortlægge betydningen af inducerede vekselvirkninger i såvel rene fermion-systemer som i blandinger af bosoner og fermioner. En monografi (400 sider) om Bose-Einstein kondensation i fortyndede gasser er indsendt til Cambridge University Press. Blandt hovedemnerne er magnetiske fælder og kølemetoder, interatomare vekselvirkninger, ligevægtsegenskaber, kollektive svingninger, roterende kondensater, superfluiditet, interferens og fermion-systemer (H. Smith i samarbejde med C.J. Pethick).

SO(5)-teori for superledere med magnetiske hvirvelkerner

Vi beregner forskellige målbare egenskaber af de antiferromagnetiske hvirvelkerner, som forudsiges af den nye SO(5)-teori for højtemperatursuperledere. Dels har vi beregnet den stedafhængige tilstandstæthed af kvasipartikelexcitationer i kernerne og opnået resultater som stemmer overens med STM-måledata. Dels har vi beregnet magnetfeltsafhængigheden af den for SO(5)-teorien helt centrale neutronspredningstop ved (pi,pi). Vi har vist, at denne top vil udvikle sig til en ringformet struktur som funktion af magnetfeltet. Gyldigheden af SO(5)-teorien kan således afprøves direkte (B. Andersen, H. Bruus, P. Hedegård, N.A. Mortensen og H.M. Rønnow).

Samspil mellem superledende og magnetiske elektroner i borkarbiderne

Thulium-nikkel-borkarbid kan opretholde en antiferromagnetisk orden samtidigt med at metallet er i den superledende fase. Neutrondiffraktion har vist, at et ydre magnetfelt bevirker en springvis ændring af den antiferromagnetiske struktur. I løbet af dette år har omfattende eksperimenter vist at den nye feltinducerede antiferromagnetiske struktur forbliver stabil ved høje felter, hvor ledningselektronerne ikke længere er superledende, og hvor alle thulium momenterne burde være drejet ind i feltets retning. Denne helt usædvanlige stabilitet er ikke forstået, men det undersøges nu om feltet inducerer et magnetisk moment på nikkel-atomerne (J. Jensen og P. Hedegård i samarbejde med N.H. Andersen og K. Nørgaard, Risø).

Endelig-tids termodynamik og optimering

Små ændringer i bibetingelser for en optimering kan radikalt ændre, hvad der er den optimale løsning for et givet system. F.eks. vil nogle hævde, at udstødningsvarmen fra en varmemaskine (bilmotor eller elektricitetsværk) er uden værdi, mens andre vil finde god anvendelse for den til mindre krævende opgaver.

    En forbløffende empirisk skalering over syv størrelsesordener af dyrs stofskifte, hjerterytme, svangerskabsperiode m.m. kan fortolkes uniformt ud fra et termodynamisk princip om et systems egentid, meget lig relativistiske systemers egentid til forskel fra den samme observation set udefra (B. Andresen i samarbejde med P. Salamon, K.H. Hoffmann, R.S. Berry og J. Shiner).

Mars/Mössbauer-gruppen

Begyndelsen af år 2000 blev præget af, at Mars Polar Lander missionen slog fejl. Dette bevirkede at Mars Surveyor 2001 landeren blev aflyst. Heldigvis besluttede NASA at sende to rovere til Mars i 2003 (Mars Exploration Rovers, MER), og vores gruppe fik lov til at bidrage med magnet-eksperimenter hertil. Mars Exploration Rovers planlægges opsendt i maj 2003 og medbringer et Mössbauer spektrometer og magneter, der er i stand til at opsamle et homogent lag af magnetisk støv i et konstant magnetfelt. Magneterne vil være en videreudvikling af de magneter, som blev fremstillet på ØL’s værksteder til Mars Surveyor 2001. Mössbauer-spektre af forskellige Mars-lignende mineraler er blevet undersøgt.

    På Århus Universitet blev et "Mars-Simulerings-Kammer" bygget, hvilket gør det muligt at foretage realistiske eksperimenter i en vindtunnel med Mars-lignende vindhastigheder, magnetisk støv, og lavt tryk. Det fluorescens-eksperiment, som blev udviklet til Mars Surveyor 2001 landeren, blev forbedret væsentligt i løbet af året. Eksperimentet er designet til at give information om UV-strålingen på Mars’ overflade. De magnetiske anomalier, som for nylig er blevet målt af Mars Global Surveyor, er overraskende kraftige. Vi er nu i gang med at undersøge norske bjergarter, som kan bære et remanent magnetfelt. Dette skyldes mineralerne haemoilmenit og titanohematit. Disse undersøgelser sammenlignes med resultaterne fra Mars.

    I foråret 2000 gennemførtes et ungdomsprojekt, hvor gymnasieelever fra Sct. Knuds Gymnasium i Odense deltog sammen med studerende fra 5 amerikanske byer. Under vejledning af Mars-gruppen og deres lærer, skulle eleverne fjernstyre en amerikansk Marsrover med instrumenter.       Fjernstyringen skete både fra kontrolcenteret i Tycho Brahe Planetariet, og fra Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, som eleverne besøgte en uge. (J.M. Knudsen, M.B. Madsen, C.T. Mogensen, P.Bertelsen, W. Goetz, M. Olsen, C. Frandsen og K. Kinch i samarbejde med Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, University of Arizona, Cornell University, Princeton University, samt ISA og Afdelingen for Geologi, Århus Universitet og Kemisk Institut, den Kongelige Veterinær og Landbohøjskole).

Atom-, molekyl- og optisk fysik

Kollisionsdynamik

Vi har bygget et eksperiment, der kombinerer den såkaldte COLTRIMS teknik (COLd Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) med laserkøling. Dette har muliggjort måling af vinkel-differentielle tværsnit i ladningsoverførsel kollisioner med en hidtil uhørt høj vinkelopløsning. De studerede processer for atomare partikler er analoge til Fraunhofer diffraktion for lys. Sideløbende er der foretaget beregninger på kollisionsprocesserne, og der er opnået en god overensstemmelse mellem teori og eksperiment. Udvikling af eksperimentet til et niveau, hvor target atomernes orbitaler kan manipuleres vha. optisk præparation er i gang (N. Andersen, M. van der Poel, C.V. Nielsen, M.-A. Gearba, og S.E. Nielsen, Kemisk Institut).

Kolde og ultrakolde atomers fysik

Nye teknikker inden for kvanteoptikken har gjort det muligt at fange, fastholde og nedkøle et stort antal atomer i et meget lille volumen i en såkaldt MOT (Magneto Optical Trap), hvor atomerne, der køles ved hjælp af laserlys, opnår meget lave temperaturer. En opstilling til køling af magnesiumatomer er taget i brug. I fælden fanges omkring en million atomer ved en temperatur på ca. 2 mK. Magnesiums simple indre struktur (intet elektron- eller kernespin) muliggør sammenligning mellem teori og eksperiment med en præcision, der hidtil ikke har været mulig. Gruppen deltager i et NorFa netværk "Coherent laser-atom interactions" samt i et EU netværk, centreret om skabelsen af ultrapræcise atomure (J.W. Thomsen, D.N. Madsen, N. Andersen, Y. Ping, S. Balslev, A. Brusch, F.Y. Loo, P. van der Straten, Utrecht, P.S. Julienne, NIST, K.-A. Suominen, Helsinki, M. Machholm, Singapore).

Materialers mikrostruktur og egenskaber

Smeltning af blyinklusioner i aluminium er blevet undersøgt ved - elektronmikroskopi, og de smeltede inklusioners form er blevet fulgt som funktion af temperaturen, specielt med henblik på undersøgelse af ruhedsovergange. In-situ elektronmikroskopi undersøgelser af smeltning af blyinklusioner i 90 graders tvistkorngrænser i aluminium viser, at den ene del af en inklusion smelter ved ca. 324 og den resterende del ved ca. 327 grader.

Legeringsinklusioner bestående af bly og tin i aluminium er blevet fremstillet ved sekventiel ionimplantation. Inklusionernes mikrostruktur og smelte/størkningsegenskaber er blevet undersøgt ved elektronmikroskopi og ionstråleanalyse. I Berkeley er den kemiske sammensætning af de enkelte faser blevet bestemt ved brug af en elektronstråle med en diameter på 1 nm. Legeringsinklusioner af bly og cadmium i silicium er blevet fremstillet ved sekventiel ionimplantation ved 600 grader. Inklusionernes mikrostruktur består af en blyrig fase, en cadmiumrig fase og en facetteret void, der kan betragtes som en tredje krystallografisk fase.

    En række kulbaserede materialer er blevet undersøgt ved elektron-energitabs spektroskopi (EELS) med et nyt 200 kV FEG elektronmikroskop, med henblik på at karakterisere materialernes elektronegenskaber og bindingstyper. Haldor Topsøe laboratoriets 300 kV FEG baserede in-situ højopløsnings elektronmikroskop er blevet brugt til undersøgelser af en række kemiske reaktioner mellem metalliske nanopartikler og et oxidsubstrat under indvirkning af forskellige gasarter ved høj temperatur.

    I et samarbejde med Risø er der blevet lavet elektronmikroskopiske undersøgelser af optisk transparente og elektrisk ledende tyndfilm af indium-tin-oxid (ITO) og aluminium-zink-oxid (AZO) deponeret på glas- og siliciumsubstrater ved laserforstøvning ( E. Johnson, A. Johansen, L. Sarholt, A.B.S. Jensen, T.W. Hansen og J.B. Wagner i samarbejde med U. Dahmen, H. Gabrisch, T. Radecic, C. Nelson, National Center for Electron Microscopy, Berkeley, L. Kjeldgaard, University of Uppsala, V. Touboltsev, University of Jyväskylä, P.L. Hansen, Haldor Topsøe, J. Schou, Risø og E. Holmelund, Odense Universitet).

Beskydning af faste stoffer

Sølv og guldtargets er blevet bestrålet med guldklynger med op til 13 guldatomer pr. klynge og energier mellem 0,02 og 2 MeV/atom. Sputteringudbytter på op til 20.000 løsrevne atomer pr indfaldende klynge er blevet målt ved bombardement med de tungeste klynger. For at forstå indflydelsen af overfladebindingsenergien på udbyttet, er der påbegyndt en ny måleserie med Pt og Pb som targets.

    Ved CERN's nye facilitet for lavenergetiske antiprotoner har Aarhus-gruppen opbygget en dobbelt elektrostatisk energianalysator til måling af energitab. Foreløbige resultater fra en lang måleserie viser, at antiprotonernes stoppeevne er hastighedsproportional i energiområdet 6 til 65 keV i C og Ni. Stoppeevnen er ca. halvt så stor som protoners i det samme hastighedsområde (H.H.Andersen i samarbejde med IPN Orsay og Université Claude Bernard, Frankrig, og A. Czaje, H. Knudsen, S.P. Møller og U. Uggerhøj, Aarhus Universitet).

Synkrotronstråling

Røntgenstråling frembragt i en elektron-synkrotron med energier i GeV området har en langt, langt større brillans end røntgenstrålingen fra et konventionelt røntgenrør. Dansk brug af røntgensynkrotronstråling, hovedsageligt ved HASYLAB i Hamburg og ved ESRF i Grenoble, er organiseret i SNF centeret, DANSYNC, hvis leder er J. Als-Nielsen (se http://www.dansync.dk/dansync/).

Multiple-monokromator systemet Cassiopeia

Ved den mindre synkrotron MAX2 i Lund er man i gang med at udvikle en superledende, højfelts wiggler som bringer røntgenstrålingsenergien op i et område, der benyttes til protein-krystallografi. Fra wiggler strålen ekstraheres 4 monokromatiske stråler med bølgelængder i området 0.9 til 1.3 Å ved Bragg refleksion fra monokromator krystaller - to til højre, to til venstre. Den forreste krystal i hvert dobbeltsæt er diamant og derfor gennemsigtig for røntgenstråling, således at den efterfølgende krystal bliver fuldt belyst. Fokusering af strålerne opnås dels gennem en svag bøjning af krystallerne (i vandret plan), dels ved spejling i let krummede bred-bånds multilags spejle (i lodret plan). Vi står for konstruktion og efterfølgende afprøvning af det samlede system (J. Als-Nielsen, C.B. Mammen).

Materialer ved høje tryk

Højtryksgruppen har arbejdet med krystallisationskinetikken i multikomponent metallegeringer, der har en stor evne til glasdannelse i en superafkølet tilstand dannet ved en kølingshastighed på 1 K/s. Partikelstørrelsens betydning for materialers egenskaber er undersøgt ved Fe-Cu legeringer frembragt ved mekanisk legering, og deres faseomdannelser under høje tryk er fastlagt. Tilsvarende undersøgelser er foretaget på titanoxid i anastase fasen for små og store krystaller. Enkrystaller af CdCrGaSe(4) med varierende Ga indhold er undersøgt med synkrotronstråling ved lave temperaturer. Krystallernes elektriske og magnetiske egenskaber afhænger af Ga-indholdet (J. Staun Olsen og S. Steenstrup).

Hyperpolariseret ³He dannet ved spin-exchange med lette alkalimetaller

Hyperpolariseret ³He med en polarisationsgrad tæt på 100 % kan dannes ved spin-exchange med optisk pumpede alkaliatomer. Den polariserede gas med en levetid på flere hundrede timer bruges bl.a. til MR- lungebilleddannelse, som targets i kernefysikeksperimenter og som neutronspinfiltre. Rubidium har oftest været anvendt som spin-exchange partner. For nyligt er det vist, at spin-exchange processen er mere effektiv med kalium, og teoretiske beregninger har forudsagt, at natrium skulle have en endnu højere spin-exchange effektivitet. Vi måler her de relevante spin-exchange og spin-destruktionsrater, som bestemmer effektiviteten, hvormed ³He polariseres ved spin-exchange med henholdsvis kalium og natrium (L. Vejby Søgaard, P.I. Borel, W.E. Svendsen, N. Andersen).

Positron emissions tomografi

PET (Positron Emissions Tomografi) er anvendt til at bestemme gennemstrømningstider af blodet gennem lungerne. Til databehandlingen benyttes resultater fra informationsteorien. Samarbejdet med kardiologisk laboratorium herom er fortsat (S. Steenstrup i samarbejde med J. Hove, H. Kelbæk og K. Kofoed).

Direktør Nils O. Andersen