Physik-Leistungskurs experimentiert im coolmint-Schülerlabor und besichtigt die Fakultät für Physik der Uni Paderborn

Kategorie: Physik

Am 23.01. besuchte der Leistungskurs Physik der Q2 die Universität Paderborn. Morgens standen im coolmint-Schülerlabor Versuche zu Röntgenstrahlung und Radioaktivität auf dem Programm. Die Schüler fanden z. B. mittels Röntgenfluoreszenzanalyse heraus, aus welchen Metallen ihr Modeschmuck oder ihre Schlüssel bestehen. Diese Methode funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip wie eine Lampe: In Lampen werden Atome (oder, seltener, Moleküle) durch Energiezufuhr zum Leuchten angeregt, die Energie also in Form sichtbarer Strahlung wieder abgegeben. Ähnliches passiert bei der Röntgenfluoreszenz, allerdings können wir das ausgesandte Licht nicht sehen, da es sich um Röntgenstrahlung handelt. Diese Strahlung ist charakteristisch für die Atome, aus denen sie stammt, und man kann so auf die Zusammensetzung des jeweiligen Untersuchungsobjekts rückschließen, ohne es zu zerstören. In einem weiteren Versuch überprüften die Schüler unter anderem die Absorption von Röntgenstrahlung in unterschiedlichen Medien und überprüften die aus dem Unterricht bekannte Formel, die die Interferenz von Röntgenstrahlen an Kristallen beschreibt. Diese Beziehung ist die Grundlage der Röntgenstrukturanalyse, mit deren Hilfe man die überaus komplexen räumlichen Strukturen großer Moleküle wie z. B. der DNA und vieler Proteine (Eiweiße) ermitteln kann und deren Bedeutung für die moderne Biologie und Medizin kaum zu überschätzen ist. Versuche zur natürlichen Radioaktivität rundeten das Vormittagsprogramm ab. Die Themen des Kurses sind zentraler Bestandteil der Vorgaben für das Physik-Abitur, und der Kurs bot die Möglichkeit, im Unterricht nicht oder nur schwer experimentell demonstrierbare Zusammenhänge mit teurer moderner Messtechnik praktisch nachzuvollziehen.

Mittags übernahmen Dr. Marc Sacher und Johannes Pauly und gingen mit den Schülern in die Mensa. Anschließend demonstrierte Dr. Sacher den Schülern in einem mit Event-Physik gewürzten Vortrag mit dem Titel „Physik – Wozu denn das?“, was einen Physiker kennzeichnet, warum es Sinn macht, Physik zu studieren, wie das Studium strukturiert ist und welche unterschiedlichsten Arbeitsgebiete – von Forschung und Lehre an Universität und Schule über die Industrie und Finanzdienstleister bis hin zur Unternehmensberatung und ins Bundeskanzleramt (!) - einem Physiker prinzipiell offen stehen.

Zum Abschluss des Tages besuchten die Schüler zwei Arbeitsgruppen der Fakultät für Physik. Professor Zentgraf, Leiter der AG Ultraschnelle Nanophotonik, zeigte den Schülern, wie man mit Hilfe von Laserstrahlung Hologramme, die aus speziell strukturierten Oberflächen in der Größenordnung von Nanometern bestehen, sichtbar machen und auf diese Weise auf kleinstem Raum Informationen speichern kann, und wie man einen infraroten, also dem unbewaffneten Auge eigentlich unsichtbaren Laser sichtbar machen kann. Dabei erinnerten sich die Schüler an den Unterricht, in dem das einfach mithilfe einer Handykamera bewerkstelligt wurde, weil die entsprechenden Kamerasensoren auch für Infrarot empfindlich sind (das lässt sich leicht an einer handelsüblichen Fernbedienung überprüfen, die ebenfalls mit IR Signale versendet). Herr Fabian Elster, Doktorand in der AG Integrierte Quantenoptik, zeigte den Schülern den Aufbau eines Galton-Brettes mit einzelnen Photonen (Lichtteilchen). Das Galton-Brett dient in der Schulmathematik zur Veranschaulichung der Binomialverteilung. Das Experiment von Herrn Elster schickt hunderttausend Laserphotonen bis zu fünfundzwanzigmal über ein kompliziertes System von Spiegeln, Kristallen und elektrooptischen Modulatoren im Kreis herum, bis nur noch wenige Photonen übrig geblieben sind, um dieses logische Bauteil mit Licht zu realisieren. Ein weiteres Forschungsprojekt beschäftigt sich mit einem Teilproblem aus der Quanteninformatik: Speicherelemente künftiger Quantencomputer basieren auf Atomen, die sichtbares Licht z. B. der Wellenlänge 500 nm emittieren; Glasfaserkabel hingegen übertragen die Signale typischerweise im infraroten Bereich, also z. B. bei 1550 nm, weil sie hierfür durchlässiger sind. Die Nichtlineare Optik beschäftigt sich daher damit, z. B. aus einem Photon hoher Energie (und damit kurzer Wellenlänge) zwei mit der halben Energie (also höherer Wellenlänge) zu machen.

Die Schülerinnen und Schüler des Physik-LKs sowie Herr Dr. Eckel bedanken sich herzlich bei Herrn Dr. Hubert Stenner und seinen Mitarbeitern vom coolmint-Schülerlabor, bei Dr. Marc Sacher und Johannes Pauly für den Vortrag, die Organisation und die Führung durch die Fakultät sowie bei Herrn Prof. Dr. Thomas Zentgraf und Herrn Fabian Elster für die Laborführungen und die spannenden Einsichten in die Welt forschender Physiker.

_{Text und Bilder: Hr. Dr. Eckel}