Physik

Schüler des Willibald-Gymnasiums erfuhren aus erster Hand Forschungsergebnisse (31.01.2023)

Wenngleich die Materie auf den ersten Blick etwas trocken klang, so hörten die Schülerinnen und Schüler des Willibald-Gymnasiums beim Vortrag zum Thema Atomspektroskopie besonders genau hin: Denn mit dem Referenten aus Mainz hatten sie einen wahren Experten aus der Atomphysik vor sich. Professor Randolf Pohl von der Johannes Gutenberg Universität Mainz referierte auf Einladung von Physiklehrerin Maren Bauer am vergangenen Dienstag im Musiksaal des Willibald-Gymnasiums zum Thema Präzisionsspektroskopie von Wasserstoff.

Wie kann man unter Laborbedingungen die Größe eines Protons vermessen? 

Dass es dabei um eine besondere Präzision gehen muss, erläuterte der Professor, der in Zürich promovierte und in München habilitierte mit folgendem Beispiel: Man stelle sich vor, dass man 1-Cent-Münzen aufeinanderstapelt, und zwar von hier bis zum Mond, und das ganze etwa 1000 mal. Wenn man aus dem entstandenen Turm eine Münze entferne, dann entspreche das der Präzision, mit der im Labor in Mainz gemessen werde. Um seine Ausführungen auch noch plakativer zu gestalten, schaltete Pohl mit zwei Live-Schaltungen zu seinen wissenschaftlichen Assistenten direkt nach Mainz in die beiden Labore, in denen die millionenschweren Apparaturaufbauten stehen. So konnten die Schüler sehen, wie sich die Laserstrahlen verhalten, die auf Wasserstoffatome treffen. Oder wie der Professor es oft recht lapidar formulierte: „Man ballert mit dem Laser auf ein Atom.“ Pohl wäre aber ein schlechter Wissenschaftler, wenn er die Schüler auch nicht darüber informiert hätte, welche Fehlerquellen es in diesem Bereich gäbe. Zu möglichen Fehlerquellen, so der Professor, zählten Ungenauigkeiten beim Maßband oder auch unberücksichtigte physikalische Effekte wie etwa der Einfluss der Raumtemperatur oder auch der so genannte Dopplereffekt; den könne man jedoch ausschalten in, indem man das Atom abbremse.

Freilich fragten die Schüler bei dieser speziellen Art der Atomphysik nach der Motivation der Forschung. Pohl meinte dazu lapidar: „Wenn wir aufhören zu forschen, gibt es keinen technologischen Fortschritt mehr.“

Am 4. Februar war der Physiker Dr. Daniel Michael Martschei am Willibald-Gymnasium zu Gast. Er gab den Schülerinnen und Schülern der Physik-Kurse der Q11 und Q12 einen Einblick in seine Arbeit am CERN, wo er 2003 seine Doktorarbeit schrieb.

Er umriss kurz die  Geschichte des CERNs, das mit dem Spatenstich im Jahre 1954 begann. Dr. Martschei erklärte dabei auch die geographische Lage und den Ausbau des Tunnels so gut, dass sich die Schüler die bauliche Größenordnung wirklich gut vorstellen konnten.

Lebhaft und begeistert beschrieb er, wie alle Einzelteile in vielen tausend Stunden Handarbeit von internationalen Teams zusammengesetzt wurden.

Nach diesem Ausflug in die Geschichte berichtete er den Schülern von den einzelnen Beschleunigungsphasen der zunächst ruhenden Protonen bis zu deren Kollision: Das alles geschehe mit einer Geschwindigkeit von 99,99999 Prozent der Lichtgeschwindigkeit.

Anhand eines Feynman-Diagramms erklärte er die theoretisch möglichen Abläufe einer Proton-Proton-Kollision, wie sie im Large Headroom Collider (LHC) stattfindet. Dr. Martschei berichtete auch vom CMS-Experiment, bei dem er selbst seine Daten für seine Arbeiten sammelte. Dabei erläuterte er auch die einzelnen Bestandteile des Detektors und überraschte die Schüler anhand von Fotos mit den Ausmaßen eines solchen Aufbaus.

Dabei wurde die unfassbare Menge an gesammelten Daten dargelegt und erläutert, wie man diese in mehrstufiger Verarbeitung reduzieren kann. Hier ergab sich auch die Parallele zu seinem heutigen Job. Während Dr. Martschei für seine Doktorarbeit unzählige Daten eines physikalischen Vorgangs auswertete, betreibt er dies bei der Audi AG in Ingolstadt mit Daten bezüglich Autos.

Abschließend zeigte Dr. Martschei noch auf, dass Physik für viele Studiengänge eine gute Basis bildet und es sich deshalb lohnt, gleich Physik zu studieren. Durch diesen Studiengang halte man sich weiterhin alle Möglichkeiten offen, denn Physik beziehungsweise die Art des Denkens werde überall benötigt.