Physik

Augenzeugenbericht vom CERN

Am 4. Februar 2019 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.

Dr. Martschei vor den Schülern der Q11 und Q12
Dr. Martschei vor einer Infografik

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.

Sternbilder in der Aula

25 Schüler unter einer Kuppel von fünf Metern Durchmesser: Ein Sternenerlebnis der besonderen Art war am vergangenen Freitag am Willibald-Gymnasium zu bewundern, als Andreas Wieck aus Pfaffenhofen mit seinem mobilen Planetarium nach Eichstätt gekommen war. Beim mobilen Planetarium handelt es sich um ein Druckluftzelt, an dessen Innenwand die Konstellationen von Sternen und Planeten projiziert werden können. Der studierte Ingenieur und Hobbyastronom Wieck konnte damit den Schülerinnen und Schülern aus der 9. und 10. Klasse etwas von seiner Faszination für den Sternenhimmel weitergeben.

Hr. Wieck mit einer Gruppe von 4 Schülern

Kosmas Dandl Sieger beim "Jugend forscht" - Regionalentscheid

Beim Regionalentscheid "Jugend forscht" hat Kosmas Dandl aus der Q11 den ersten Platz erreicht. Mit ihm freuten sich Maren Bauer als betreuende Physiklehrerin und aus der Schulleitung Heribert Netter und Claus Schredl über diesen Erfolg. Im März steht jetzt dann die nächste Entscheidung auf Oberbayernebene an.

Was hat Kosmas erforscht: Er hat – vereinfacht ausgedrückt - einen Mechanismus entwickelt, mit dem ein Fahrradanhänger zusätzlich und koordiniert mit dem Fahrrad angetrieben werden kann.

Kosmas erklärt die Steuereinheit des Antriebs

Wer es genau wissen will - Kosmas hat auch noch eine detaillierte Beschreibung seines Experiments vorbereitet: „Ich will einen Kinderfahrradanhänger mit einem Kraftsensor in der Deichsel und zwei Elektromotoren ausstatten. Der Kraftsensor besteht aus einem Biegeträger aus Aluminium, einem Laser und zwei Photodioden. Die Zugkraft des Anhängers verbiegt den Träger und lässt so den Punkt des Lasers über die zwei Photodioden wandern, so dass die Spannungsdifferenz zwischen den zwei Ausgängen des Operationsverstärkers ausgegeben wird. Dieser Wert wird durch den Arduino ausgerechnet und so die Kraft als Zahlenwert verwendet. Mit diesem Wert kann der Motortreiber und dadurch die Motoren selbst angesteuert werden kann. Durch diese Messmethode fährt der Anhänger immer so schnell wie der Fahrradfahrer, der ihn normalerweise ziehen müsste. Man hätte auch einen U-förmigen Träger an der Kupplung einbauen können, bei dem man auch die Kraft messen könnte. Dabei ist aber die Lichtabschottung sehr schwer. Und das Erzeugen eines genauen Laserpunkts ist auch schwierig. Wenn der Kraftmesser in der Deichsel eingebaut ist, kann man das Licht einfach durch ein größeres Rohr, das man über Deichsel und Biegeträger schiebt, abschirmen. Außerdem ist bei der von mir verwenden Bauart innerhalb der Deichsel der Vorteil, dass es keine störenden Elemente in Nähe der Pedale des Fahrrads gibt. Der U-förmige Träger wäre so nah an den Pedalen, dass man eventuell dagegen stoßen könnte."

Vortrag über Lasertechnik

Von der Universität Erlangen konnten wir Herrn Johannes Ilmer, ein Doktorand aus der Gruppe um Prof. Peter Hommelhoff, gewinnen, um den Schülern der zehnten Jahrgangsstufe einen Einblick in aktuelle physikalische Forschung zu bieten.

Von einem großen Teilchenbeschleuniger wie z.B. dem Cern hat sicher jeder schon einmal gehört. Es werden unter anderem Elektronen mit Hilfe von elektromagnetischen Feldern beschleunigt. Neben dem Erkenntnisgewinn in der Hochenergiephysik, werden die beschleunigten Elektronen auch im medizinischen Bereich häufig bei Krebstherapien angewandt.

 

 

Herr Johannes Illmer vor einer Infografik

Bisher sind Teilchenbeschleuniger noch sehr groß. Doch es existieren laserbasierte Ansätze, um Teilchenbeschleuniger immer kleiner zu bauen, so dass eines Tages Biologen und Materialphysiker ihre Stoffe nicht mehr nur an Beschleunigerzentren untersuchen, sondern sich jede Uni einen passenden Beschleuniger zulegen könnte.

Für die Medizin könnten daraus Strahlenquellen entstehen, die   so klein sind, dass sie minimalinvasiv direkt an zu bestrahlendes Gewebe gebracht werden. Die Grundlage zu dieser Technik der Zukunft könnten Physiker um Prof. Peter Hommelhoff gefunden haben. Sie formen Laserlicht präzise mit Hilfe von Nanometer großen, neuartigen Bauteilen und beschleunigen damit Elektronen.