Schรผlerinnen und Schรผler der Oberstufe des Franziskusgymnasiums hatten die einmalige Chance sich unter der Leitung eines ehemaligen Schรผlers und promovierten Teilchenphysikers Nils Hรผsken nach neuen Teilchen zu suchen.
Forschungsgebiete wie die Teilchenphysik sind vielen vielleicht ein Begriff, aber die genauen Inhalte dieser Forschung sind leider vielen noch fremd. Umso mehr kรถnnen wir fรผr das Engagement von Dr. Nils Hรผsken dankbar sein, dass er sich an seinen ehemaligen Physiklehrer, Herrn Lรถgering, gewendet hat, um zumindest einem Teil unserer Oberstufenschรผler*innen einen detaillierten Einblick in dieses Hochforschungsgebiet zu geben.
Dr. Nils Hรผsken lebt und forscht aktuell in den USA. An der Indiana University Bloomington wertet er zusammen mit einem internationalen Team Daten des BESIII Beschleuniger, China, aus.
Um einen Eindruck davon zu bekommen, was genau dies heiรt, benรถtigt man ein Grundverstรคndnis von Teilchenbeschleunigern und รผber Teilchen im physikalischen Sinn.
Es gibt viele Merkmale, mit denen man Teilchen in der Physik unterscheidet. Viele wissen, dass ein Elektron ein solches Teilchen ist, welches eine geringe Masse und negativ geladen ist.
Es gibt aber auch noch andere Merkmale in der Physik mit denen man Teilchen unterscheiden kann. Zum grundlegenden Verstรคndnis von Beschleunigern und der Teilchenphysik reichen diese beiden Merkmale aber bereits aus.
Einzig die Gleichheit zwischen Masse und Energie ist noch notwendig, um eine Vorstellung dieser Forschung zu bekommen. Einsteins Gleichung E=mcยฒ ist den meisten Menschen bekannt, sie beutet in diesem Zusammenhang, dass Masse und Energie bis auf einen Faktor nahezu das Gleiche ist, sie sind รคquivalent.
Wenn man sich also vorstellt, dass die Masse eines Elektrons nicht nur in kg angegeben werden kann, sondern auch in Energieeinheiten, kommt man zu dem Schluss, dass schnelle Elektronen mit einer hohen Bewegungsenergie theoretisch auch mehr Masse darstellen kรถnnen.
In Beschleunigern, die zum Teil Ausmaรe ganzer Stรคdte haben kรถnnen, werden zum Beispiel Elektronen auf eine sehr hohe Geschwindigkeit, nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, so haben sie insgesamt auch eine sehr hohe Energie. Lรคsst man nun zwei solcher Elektronen aufeinanderprallen, steht im Moment der Kollision sehr viel Energie zur Verfรผgung. Diese Energie kann neue Teilchen entstehen lassen, die deutlich schwerer sind als die Elektronen. Im Moment der Kollision werden Energieeinheiten, die freigeworden sind, in Masse umgewandelt.
Mรถchte man nun ein Teilchen der Grรถรe von zum Beispiel 10 Masseeinheiten erzeugen, aber nur Elektronen von jeweils einer Masseeinheit zur Verfรผgung hat, beschleunigt man sie so schnell, dass ihre Energie aus Masse und Bewegung so groร wird, dass sie mehr als 10 Masseeinheiten entspricht. So kann bei der Kollision, Stillstand der Elektronen, das Teilchen der Grรถรe von 10 Masseeinheiten erzeugt werden. So lassen sich zuvor unbekannte Teilchen erzeugen oder theoretisch berechnete Teilchen nachweisen. Dies ist unter einer groรen Berichterstattung am CERN mehrfach gelungen.
Man sieht, dass dieses Thema sehr komplex ist und nicht in einen Kurzvortrag vermittelt werden kann.
Daher war es ein Glรผcksfall, dass sich Dr. Nils Hรผsken an unsere Schule gewannt hat und wir Ende 2020 mit der Planung des Teilchen-Workshop am Franziskusgymnasium starten konnten.
Herr Lรถgering, Herr. Dr. Bonhoff, Frau Schaffrinna, Herr Van den Berghe und Dr. Hรผsken entschieden sich fรผr einen online Workshop, der im Mรคrz 2021 starten konnte.
Fรผr die Schรผler*innen war es eine einmalige Gelegenheit lรคnderรผbergreifend mit echten Daten Teilchenphysik zu betreiben. In mehreren Videokonferenzen konnten sich unserer Schรผler*innen unter der Leitung von Dr. Nils Hรผsken in einen Teil der Teilchenphysik einarbeiten und die Datenanalyse zum Nachweis neuer Teilchen vorbereiten.
Diese Art von Distanzunterricht hat ihren Namen auch wirklich verdient und durch Zeitverschiebung und auch durch die persรถnliche Distanz war es nicht immer einfach, im Thema zu bleiben und den Anforderungen gerecht zu werden.
Anfang Januar war es Dr. Nils Hรผsken mรถglich, den Workshop an zwei Tagen in Prรคsenz abzuschlieรen. Die gemeinsame Arbeit an den beiden Tagen in den Weihnachtsferien fรผgten zusammen, was in fast einem Jahr vorbereitet wurde. Die Ergebnisse waren beeindruckend und den Schรผler*innen gelang es tatsรคchlich die zahlreichen Daten des Beschleunigers zu bereinigen, um entsprechende Teilchen nachzuweisen. Fรผr den betreuenden Lehrer Herr Van den Berghe war es auch ein Blick in die Vergangenheit seiner Zeit am Beschleuniger dem DESY in Hamburg. Denn auch in Deutschland finden aktuell verschiedene groรe Experimente der Teilchenphysik statt.
Ihre konkrete Aufgabe an diesen Tagen war es, aus einer Flut an Daten, nicht relevante Daten auszufiltern, um nur noch Daten abzubilden, die auf die gesuchten Teilchen hinweisen. Diese Daten werden in groรen Detektoren am Beschleuniger im Kollisionspunkt erzeugt. Sie kรถnnen verschiedene Merkmale, wie Ladung und Masse, von verschiedensten Teilchen darstellen. Die Daten sind allerdings nicht eindeutig und mรผssen von unbrauchbaren Informationen getrennt werden. Dies war die zentrale Aufgabe der Schรผler*innen, bevor sie die bereinigten Daten zur Bestimmung der gesuchten Teilchen heranziehen konnten.
Unser Dank geht an Dr. Nils Hรผsken fรผr seinen Einsatz, seine Expertise und seine Motivation Schรผler*innen des Franziskusgymnasiums fรผr die Spitzenforschung der Physik zu begeistern.