Astroteilchen-Masterclass der MINT-EC-Akademie
- Schmidt, Christian,
- 01. März 2023,
- Physik
Am 28. Februar besuchten die Schülerinnen und Schüler der MINT-EC-Akademie (https://www.mint-ec.de) die Universität Würzburg, um dort an einer Astroteilchen-Masterclass teilzunehmen. Dies ist ein Angebot des Netzwerkes Teilchenwelt (https://www.teilchenwelt.de) und richtet sich an naturwissenschaftlich interessierte Jugendliche, unter anderem mit der Absicht diese für ein späteres Studium der Physik zu begeistern.
In einem Einführungsvortrag verschaffte uns Herr Burkhard Böhm einen Überblick über den „Teilchenzoo“. Er stellte die populärsten Vertreter wie Elektron und Myon sowie Up- und Down-Quark vor und erläuterte den Aufbau der Materie aus Teilchen. Anschließend legte er den Zusammenhang zwischen den fundamentalen Wechselwirkungen mit den jeweiligen Boten-Teilchen dar, wie z. B. das Photon für die elektromagnetische Kraft oder das Gluon für die starke Kraft im Atomkern. Des Weiteren berichtete er über die jeweiligen Antiteilchen Positron, Anti-Myon sowie die Anti-Quarks, die man allgemein als Antimaterie bezeichnet.
Die Brücke zwischen Teilchenphysik und Astronomie bildet die 1912 vom österreichischen Physiker Victor Hess (Nobelpreis 1936) postulierten kosmische Strahlung. Er stellt fest, dass ab einer Höhe von ungefähr einem Kilometer über dem Erdboden die Strahlung nicht – wie damals zunächst erwartet – nachließ, sondern, im Gegenteil, sogar zunahm. Daraus folgerte er, dass die Erde mit Strahlung aus dem All beschossen wird. Diese hochenergetischen Teilchen durchdringen die Atmosphäre nur zum Teil, wandeln sich dabei in andere Teilchen um, so dass uns am Erdboden nur noch ein Bruchteil der Strahlung erreicht.
Es stellt sich nun die Frage, wie man solche Teilchen beobachtet, die noch über eine Milliarde-mal kleiner sind als ein Atom? Eine mögliche experimentelle Antwort wurde vor ungefähr 100 Jahren mit der Nebelkammer gegeben. Genau diese durften die Schülerinnen und Schüler mit Hilfe von Trockeneis und Industrie-Alkohol nachbauen und sie konnten in diesen DIY-Nebelkammern auch die Kondensationsspuren von Teilchen beobachten und diese sogar anhand dieser identifizieren.
Des Weiteren ging es um die großen Fragen, die die Astroteilchenphysik gerne klären möchte: Wohin ist die Antimaterie verschwunden, die kurz nach dem Urknall noch vorhanden war? Woraus besteht das Universum?
Salopp formuliert könnte man sagen: Große Fragen erfordern große Experimente! Denn tatsächlich beeindrucken diese Aufbauten schon alleine aufgrund der großen Dimensionen. Beispiele hierfür sind: das Fermi-Gamma-Strahlung-Weltraum-Teleskop (https://fermi.gsfc.nasa.gov), das Magic-Gamma-Strahlung-Teleskop auf La Palma (https://www.mpp.mpg.de/forschung/magic), der Ice-Cube am Südpol zur Detektion von Neutrinos (https://icecube.wisc.edu) sowie der Atlas-Detektor am CERN bei Genf (https://home.cern)
Im zweiten praktischen Teil konnten die Schülerinnnen und Schüler auf die Erde treffende Myonen durch Szintillatoren-Messungen selbst detektieren. Diese Technik kommt beispielsweise im Fermi- oder im Magic-Teleskop sowie auch im ATLAS-Detektor zum Einsatz. Die Ergebnisse der Einzelgruppen wurden zusammengetragen und gemeinsam ausgewertet.
Den Abschluss dieser sehr gelungenen Veranstaltung bildete ein Quiz sowie eine Information über die Möglichkeiten des Physikstudiums an der Universität Würzburg.
Christian Schmidt
MINT-EC: Virtueller Besuch beim deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
- Schmidt, Christian,
- 20. Januar 2022,
- Physik
Die Referentin Laura Meixner präsentierte in ihrem Online-Vortrag einen Einblick in den Themenbereich Infrarot. Unterstützt wurde der Vortrag durch interessante Demonstrations-Experimente mit der Wärmebild-Kamera sowie motivierend gestalteten Quiz-Aufgaben, in denen die TeilnehmerInnen ihr erworbenes Wissen sofort überprüfen konnten. Ausgehend von den grundlegenden Aspekten zeigte die Referentin gegen Ende des Vortrages auf, wie mit Hilfe der Untersuchung dieses Strahlungsbereiches Belege für den Wandel des Klimas über die letzten Jahrzehnte geliefert werden können.
Des Weiteren sendete das DLR Bastelmaterial zum Bau eines Smartphone-Spektrometers zu. Mit diesem können die Schülerinnen und Schüler mithilfe der Kamera-Funktion des Smartphones verschiedene Lichtquellen untersuchen.
(Bausatz und Anleitung: https://www.ipp.mpg.de/handyspektrometer)
Bei den nächsten Treffen des Astronomiekurses der MINT-EC-Akademie wird dann der Bogen zur Infrarot-Astronomie und damit auch zum im Dezember des letzten Jahres ins All beförderten Weltraum-Teleskop James Web geschlagen.
Der Online-Vortrag endete mit einer Führung durch das deutsche Raumfahrt-Kontrollzentrum (GSOC), in welchem unter anderem die Teams auf der ISS unterstützt werden. Diese wird dort scherzhaft „die schnellste WG der Welt“ genannt, da sie die Erde mit einer Bahngeschwindigkeit von ungefähr 28 000 km/h umrundet.
Die Feedback-Runde zeigte, dass die Veranstaltung ein tolles Erlebnis für alle war. Ein virtueller Vortrag kann zwar eine echte Führung nicht ersetzen, stellt jedoch bei einer solch interessanten Ausgestaltung eine wirkliche Alternative dar.
Christian Schmidt (Leiter des MINT-EC-Kurses Astronomie)
Klimawandel - Arbeiten mit dem Klimakoffer
- Ruf, Markus,
- 15. September 2021,
- Physik
„Ist das schon der Klimawandel, den wir hier sehen?“ Mit dieser Frage eines Videos über die Extremwetterereignisse und Hochwasserkatastrophen der letzten Wochen startete am Franz-Ludwig-von-Erthal-Gymnasium ein Projekt zum Thema Klimawandel der neunten und zehnten Jahrgangsstufen. Mit eindrücklichen Bildern und Expertenaussagen wurde den Schülerinnen und Schülern schnell klar, dass diese Wetterereignisse in ihrer Vehemenz zunehmen werden, wenn wir Menschen nichts gegen die Klimaveränderungen beitragen. Um den Wandel in ihren Ursachen und Folgen verstehen zu können, bot die Physik-Fachschaft den beiden Jahrgangsstufen acht „Aktivitäten“ aus dem „Klimakoffer“ der LMU München an. In den praktischen Aktivitäten/Stationen konnte man experimentell den Einfluss von CO2 in der Atmosphäre anhand von Temperaturerhöhungen messen und verstehen. Eine Steigerung des CO2-Gehalts bewirkt, dass immer weniger der von der Erde zurückgestrahlte Wärmestrahlung („heißer Boden“) die Erdatmosphäre verlassen kann und damit die Erde weiter aufheizt – Stichwort Treibhauseffekt bzw. anthropogener Klimawandel. In einer weiteren Aktivität erkannten die Schüler/innen zwei einfache physikalische Begründungen, dass mit der Erderwärmung ein Anstieg des Meeresspiegels einhergeht und dass die Meere glücklicherweise einen großen Energie-Puffer darstellen. Dies schließt den Teufelskreis ein, dass sich durch die schwindenden weißen Eisflächen (Albedo-Effekt) die Erde noch weiter aufheizt. Zusätzlich konnten Kippunkte des Klimas in Erfahrung gebracht werden, unter denen der Klimawandel nicht mehr umkehrbar ist.
In einer anschließenden Diskussion wurden Folgen des Klimawandels besprochen. Ein Hauptargument der ganzen Aktion galt dann den Möglichkeiten, wie der menschengemachte Klimawandel wenigstens eingedämmt werden kann. Den beiden größten CO2-Emmitenten Energiewirtschaft und Industrie kann wohl nur die Politik einen Riegel vorschieben. In den Sektoren Ernährung (z.B. weniger Fleisch essen) und Verkehr (z.B. Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel, Verzicht auf verbrennungsmotorbetriebene Fahrzeuge) kann aber jeder Einzelne sofort seinen Beitrag leisten, bei energetischen Gebäudesanierungen mittelfristig.
Der aktuelle CO2-Eintrag von ca. 10 Tonnen pro Kopf und Jahr muss für ein 2°C-Ziel etwa gedrittelt werden. Unter großem Staunen wurde den beiden Jahrgangsstufen klar, dass allein ein Transatlantikflug von Frankfurt nach New York und zurück pro Kopf schon allein etwa 3 Tonnen an CO2 freisetzt.
Mit dem Wissen, was jeder Einzelne beitragen kann und der Erkenntnis des „Gemeinsam sind wir stark“, dürfen die Schülerinnen und Schüler ihre wohlverdienten Ferien genießen.
Thomas Keßelring
Franz-Ludwig-von-Erthal-Gymnasium
Lohr a. Main
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