When we use our eyes to watch our enviroment the brain focuses on moving objects. Therefore the image of a still standing input gets weaker and eventually fades away. To be able to analyze the structure of objects, the eye executes small movements during fixation of an object to prevent image fading in the center of our vision. These small movements consist of three qualitatively different components: drift, microsaccades and tremor. Statistical analysis of empirical data of eye movements show that these movements are persistent on short timescales and antipersistent on long time scales and that at the transition from persistence to antipersistence oscillations occur. We will derive a random walk model that reproduces the transition from persistence to antipersistence. After that, we will include time delays and show that the oscillations can be reproduced from the model.
Literature: R. Engbert et al., "An integrated model of fixational eye movements and microsaccades", Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, E765-E770 (2011); Carl J. J. Herrmann et al., "A self-avoiding walk with neural delays as a model of fixational eye movements", Sci. Rep. 7, 12958 (2017)

Bewegt sich eine elektromagnetische Welle in einem inhomogenen Medium, wird für gewöhnlich ein Teil der Welle reflektiert. In vielen Anwendungen ist dieser Effekt nicht erwünscht und es gilt deshalb, diesen zu vermeiden. In diesem Vortrag wird eine Familie von optischen Materialien vorgestellt, für die Reflexion aus einer Richtung unterdrückt werden kann und damit einseitige Unsichtbarkeit des Mediums erreicht wird. Dies gelingt durch eine räumliche komplexe Verschiebung der Permittivitätsprofile. Die Gültigkeit dieser Methode wird beispielhaft nachgewiesen.
Literatur: S.A.R. Horsley und S. Longhi, "One-way invisibility in isotropic dielectric optical media", Am. J. Phys. 85 (5), 439-46 (2017).

Three aspects of Physics: Spacetime, Gravity and Quantum Mechanics with their defining Constants c, G, and h can be combined to derive the Planck unit system. This set of a fundamental length, time, mass and energy is believed to deliver limits to our current physical understanding and is still well outside of the measurable. The principles of uncertainty and spacetime distortion provide the formulas to describe relevant quantities like the Schwarzschild radius. Thus we will use Gedankenexperiments to walk several roads to the Planck scale by making rough approximations at the intersections of the mentioned theories.
Literature: R. J. Adler, "Six easy roads to the Planck scale", Am. J. Phys. 78, 925-32 (2010).

This talk will give an introduction to the thermodynamics of the hurricane, nature's steam engine. There are significant differences between hurricanes and standard heat engines. The hurricane's mode of operation, especially the re-injection of work back into the hot reservoir of the 'engine', yields an unexpectedly high level of performance. The positive feedback leading to an apparent super-Carnot efficiency will be explored. Further, it will be shown that the hurricane's high performance is not a paradox, but is consistent with the second law of thermodynamics. Finally, the ultimate limits of hurricane performance will be presented.
Literature: Jack Denur, "The apparent 'super-Carnot' efficiency of hurricanes: Nature's steam engine versus the steam locomotive", Am. J. Phys. 79(6), 631-43 (2011)

Befindet sich ein Atom in der Nähe einer Oberfläche, so erfährt es eine anziehende Van der Waals-Casimir-Polder-Wechselwirkung, die auf quantenmechanische Fluktuationen zurückgeführt wird. Klassisch erwartet man hier eine zunehmende Beschleunigung des Atoms zur Oberfläche hin. In numerischen Simulationen und experimentellen Untersuchungen wird jedoch überraschenderweise eine Reflexion der Materiewelle beobachtet. Weiterhin steigt der Reflexionskoeffizient an, wenn der Impuls des einlaufenden Atoms verringert wird. Liouville-Transformationen verändern die Schrödingergleichung derart, dass wir eine neue Potentialfunktion erhalten, während die Reflexions- und Transmissionskoeffizienten ihren Wert beibehalten. Wir führen eine spezifische Transformation ein, welche das anziehende Casimir-Polder-Potential in das Potential einer abstoßenden Wand überführt, sodass die Reflexion der Materiewelle intuitiv verständlich wird.
Literatur: G. Dufour et al., "Liouville transformations and quantum reflection", J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 48, 155002 (2015).

Ein ideales Bose-Gas kondensiert bei extrem tiefen Temperaturen. Dieses Bose-Einstein-Kondensat erlaubt einen experimentellen Einblick auf quantenmechanische Wellenfunktionen. In der Theorie kann das System miteinander wechselwirkender Teilchen erfolgreich durch eine nichtlineare Schrödingergleichung beschrieben werden, da sich fast alle Teilchen im selben Quantenzustand befinden. Durch Linearisieren des Problems (und Wählen geeigneter Einheiten) erhalten wir die Bogoliubov Gleichungen, für deren Lösungen Randbedingungen (außerhalb und tief im Kondensat) formuliert werden. Daraus wird eine Dichte-Phasen-Darstellung entwickelt, mit deren Hilfe Potentiale und Wellenfunktionen der Moden in der Nähe des Randes des Kondensats berechnet werden können.
Literatur: Abdoulaye Diallo and Carsten Henkel, "Excitations at the border of a condensate", J. Phys. B 48 (2015) 165302

This talk will explore the boundaries of computational power. While Moore's Law predicts a doubling of computation speed and capacity per volume unit every two years, it is clear that at some point, physical limits will prevent further acceleration. To get an idea of these limits and when they might be reached, we will examine a theoretical "ultimate laptop" with a mass of one kilogram and a volume of one litre. We will determine the laptop'´s speed based on its energy and the laptop's memory capacity based on its entropy. Apart from this, only natural constants, like the gravitational constant, the speed of light, and the quantum scale, are needed for our estimation.
Literature: Seth Lloyd, "Ultimate physical limits to computation", Nature 406, 1047-54 (2000).