Teilchenphysik Akademie in Mainz


Bericht zur Teilchenphysik Akademie in Mainz
Es ist die wohl leistungsfähigste Maschine auf dem Planeten, der LHC (Large Hadron Collider) am CERN-Forschungszentrum in Genf. An diesem Beschleuniger versuchen die weltweit führenden Experten in der Teilchenphysik die letzten Geheimnisse des Universums zu lüften, indem sie nach den kleinsten Bausteinen der Materie und den Wechselwirkungen, die diese untereinander eingehen, suchen. Einer dieser CERN-Physiker ist der an der Johannes Gutenberg Universität in Mainz angestellte Prof. Dr. Matthias Schott, der in den Sommerferien vom 7. bis zum 12. August ein Projekt auf die Beine gestellt hat, das es physikinteressierten Schülerinnen und Schülern ermöglichte, einen Einblick in die Teilchenphysik zu bekommen. Für dieses Projekt bewarben sich bundesweit in einem kompetitiven Verfahren insgesamt 40 Schüler, die einige komplexe Aufgaben lösen und ein Empfehlungsschreiben ihrer Schule vorweisen mussten. Von ihnen wurden letztendlich nur 20 ausgewählt, um an der Teilchenphysik Akademie Mainz teilzunehmen.

Einer dieser 20 ausgewählten Schüler war ich, der Schüler Jonathan Karl, der zurzeit die 12. Klasse des Franz-Ludwig-von-Erthal-Gymnasiums in Lohr besucht. Während der Projektwoche erhielt ich mehrere Einblicke in die theoretischen und die experimentellen Aspekte der Teilchenphysik und allgemein in die Methoden, die die Physiker heutzutage in der Forschung anwenden. Die Woche startete für mich um 12.00 Uhr des 7. August, nach einer selbst organisierten Anreise, in einem Schulungsraum der Universität Mainz. Dort erklärte Professor Schott zunächst den Ablauf des Projekts, um im Anschluss uns Schülern eine Einführung in die Programmiersprache Python zu geben, die auch in größeren Forschungseinrichtungen von den Experimentalphysikern verwendet wird, um bestimmte Messergebnisse von Beschleunigern herauszufiltern. Im Anschluss an diese Vorlesung hatten wir ab 18:00 Uhr, so wie jeden Abend, Zeit zur freien Verfügung, um die Stadt Mainz zu erkunden. Am nächsten Tag wurden unsere Kenntnisse in der Differential- und Integralrechnung auf die Probe gestellt, da für ein späteres Experiment fortgeschrittene Fähigkeiten in diesen Bereichen der Mathematik erforderlich waren. Zusätzlich wurden wir dazu mit dem Prinzip der Fehlerfortpflanzung bei Messungen und der Statistik vertraut gemacht. Außerdem erhielten wir, wie in der Schule, Mathematik-Hausaufgaben, da es dem Professor sehr wichtig war, dass alle die am Tag gelernten Felder der Mathematik verstanden haben. Mit einer Gruppe von fünf weiteren Schülern ging ich an diesem Abend an den Main, um vor dem traumhaften Sonnenuntergang die Aufgaben zu lösen, nachdem wir zuvor eine Stadtführung von Prof. Schott erhielten. Am Mittwoch darauf stand auch endlich Physik auf dem Programm, da wir zuerst eine englische Vorlesung über das Standardmodell der Teilchenphysik, welches nahezu die gesamten Erkenntnisse der modernen Physik beschreibt, und die Feynman Diagramme erhielten. Zum Abend hatte uns der Professor eingeladen, dass wir einer seiner populärwissenschaftlichen Vorlesungen beiwohnen, die sich damit beschäftigte, ob die Experimente am LHC eventuell die Menschheit bedrohen. Zu dieser Vorlesung bestellten wir Pizza an die Universität und die Vorlesung endete mit dem Ergebnis, dass sogar die Strahlung der Sonne für diesen Planeten gefährlicher ist, als die Experimente am LHC und es nahezu unmöglich sei, dass durch diese Experimente eine wirkliche Bedrohung ausgeht. Am darauffolgenden Donnerstag wurde uns erklärt, wie Teilchenbeschleuniger funktionieren und wir bekamen eine Führung durch den an der Universität Mainz laufenden Beschleuniger MAMI (Mainzer Microtron), an dem wir am Tag darauf ein eigenes Experiment aufbauten und durchführten.

Am vorletzten Tag führten wir besagtes Experiment durch, wobei wir einen Elektronenstrahl auf eine Metallplatte schossen und anschließend mithilfe der Messergebnisse und einem mit Python geschriebenen Programm einer Winkel berechneten, mit dem die Elektronen im Durchschnitt abgelenkt wurden. Durch diesen Winkel war es möglich mit einer Formel das Material des Metalls zu bestimmen, welches Eisen war.

Am Abend nach dem Experiment grillten wir zusammen und am nächsten Tag konnten die Schüler individuell heimreisen. Rückblickend war es eine sehr spannende Woche, die meine ohnehin schon hohen Erwartungen sogar noch übertroffen hat und die einen tiefen Einblick in die Teilchenphysik und moderne Forschungsmethoden gewährt hat.

Jonathan Karl

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