PPT 2018 Hamburg

Wer träumt nicht von einem kleinen Helfer, der einem die lästigen Arbeiten abnimmt? So ein Roboter wäre schon sehr praktisch. Doch wie funktioniert eigentlich ein Roboter? Wie kann man einer Maschine beibringen, auf die Umwelt zu reagieren? Dies ist die zentrale Frage im Projekt, die ihr mit Hilfe von Lego-Robotern erforschen sollt. Dabei werden euch verschiedene Probleme aus der Messtechnik, der Informatik und der Mathematik begegnen. Wir sind gespannt, was euer Roboter nach drei Tagen alles kann, aber wir sind uns sicher, dass ihr überrascht sein werdet.

Einer der bekanntesten und weit verbreitetsten Festkörperlaser ist der mit dreiwertigen Neodym-Ionen dotierte Yttrium-Aluminium-Granat (Nd:YAG) Laser, der u. A. in Forschung, Medizin und Materialbearbeitung Anwendung findet. Wir wollen in diesem Versuch einen solchen Laser in verschiedenen Konfigurationen aufbauen, betreiben und die typischen Lasermerkmale charakterisieren. Zunächst wird der Laserbetrieb dabei im kontinuierlichen Dauerstrichmodus in verschiedenen Resonatorgeometrien realisiert. Das emittierte Laserlicht der Wellenlänge 1064 nm ist für das menschliche Auge nicht sichtbar. Daher wollen wir in einem weiteren Schritt den Laser passiv güteschalten und so sehr kurze Pulse von Laserlicht erzeugen, deren hohe Spitzenleistungen eine Frequenzverdopplung in den sichtbaren Spektralbereich erlauben. Auf diese Weise kann grünes Laserlicht erzeugt werden. Genau diese Technik wird auch in grün-emittierenden Laserpointern angewendet. (Das Angebot richtet sich aus Sicherheitsgründen an Schülerinnen ab 17 Jahren)

Am LHC, dem größten Teilchenbeschleuniger der Welt, werden Protonen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und dann innerhalb großer Detektoren kollidiert. Aus den Messdaten dieser Detektorexperimente lassen sich die verschiedenen entstandenen Elementarteilchen rekonstruieren. Aber wie genau funktioniert das? Wir wollen uns anschauen, wie das CMS-Experiment die Kollisionsprodukte misst und identifiziert. Mithilfe von Computern analysieren wir echte Daten und werden dabei insbesondere nach Kollisionen suchen, in denen Z-Bosonen und Top-Quarks entstanden sind.

Seit 2010 betreiben Physiker*innen den weltweit größten Teilchenbeschleuniger, den Large Hadron Collider (LHC), um die fundamentalen Bausteine unseres Universums zu untersuchen und zu verstehen. Dafür werden Protonen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht. Die dabei entstehenden Teilchen werden von riesigen Detektoren identifiziert und vermessen. Ein bedeutender Erfolg dieses globalen Projektes war die Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012. In diesem Projekt analysiert ihr mit Hilfe des Computers einen echten Datensatz des Compact Muon Solenoid (CMS) Experimentes. Findet ihr das Higgs-Boson in den Datenmengen des LHC?

Das Forschungsgebiet der Nanopartikel untersucht die speziellen und zum Teil unbekannten Eigenschaften von Materialien mit einer Größe von 1 bis 100 nm. Die Vorsilbe nano bezeichnet hierbei den milliardsten Teil. Dementsprechend, entspricht ein Nanometer (1 nm) einem milliardstel Meter. Zur Veranschaulichung: Ein Nanometer verhält sich zur Größe eines Fußballs in etwa so wie ein Fußball zur Größe unseres Planeten Erde. Da sich im Nanobereich die Materialeigenschaften wie Härte, Schmelztemperatur, Farbe oder chemische Reaktivität dramatisch verändern, sind Forscher daran interessiert, die Nanopartikel gezielt herzustellen. Aufgrund der Tatsache, dass die Nanopartikel mit bloßem Auge oder selbst mit einem gewöhnlichen optischen Mikroskop nicht zu erkennen sind, werden andere Techniken wie das Rasterelektronenmikroskop (siehe Foto) benötigt. In diesem Projekt taucht ihr in die faszinierende Welt der Nanopartikel ein, indem ihr solche Partikel selber herstellt und diese im Anschluss im Rasterelektronenmikroskop sichtbar macht.

Dies ist ein Deutsch-Englisches Projekt. Die Sprache der Wissenschaft ist nun einmal Englisch und besonders als Physikerin ist es wichtig, diese Sprache gut zu beherrschen. Aber keine Sorge - es wird bei diesem Versuch auch immer jemand dabei sein, der Deutsch spricht, also lasst euch hiervon nicht abschrecken.

To see objects around us, we are using our eyes or - in more recent years - digital cameras, in order to save images if we want to remember them. When we want to study some event interesting for physics, usually this is too small, too fast or too weak for us to see it or detect it with a regular camera. What we are using then are "photodetectors", that are special objects which can detect light. Have you ever seen a photon? In this project, we will see more than one. You will learn what a Silicon Photomultiplier (SiPM) is (spoiler: it is a photodetector), how it works and how to operate it in order to understand its basic characteristics. To see how to use SiPMs in a "real life" experiment, we will complete the project detecting particles called "muons" originating from the cosmic rays.

Vielleicht habt ihr im Physikunterricht schon davon gehört, dass sich Licht über das Modell einer Welle gut beschreiben lässt. In diesem Projekt wollen wir diese Aussage überprüfen und anschließend unser Wissen über Licht nutzen, um technische Anwendungen besser zu verstehen. Los geht es mit einem Versuch zur Funktionsweise eines LC-Displays, danach lernen wir, wie in der Physik die unterschiedlichen Farben des Lichtes beschrieben werden. In der letzten Projektphase geht es schließlich um das 3D-Kino.

Mit Lasern kann man kühlen? In diesem Projekt könnt Ihr Techniken kennenlernen um Atome zu fangen und abzukühlen, die tagtäglich in Quantenoptik-Laboren überall auf der Welt angewendet werden. Aber was bedeutet das überhaupt? Wie fängt man Atome? Und welche Temperatur haben sie? Zur Beantwortung dieser Fragen werden wir uns mit der Wechselwirkung von Atomen mit Licht, der Entstehung von Laserstrahlung und dem physikalischen Konzept der Laserkühlung auseinandersetzen. Anschließend werden wir das erlangte Wissen anwenden um mit einer Nobelpreis prämierten Technik Atome einzufangen und deren Anzahl und Temperatur zu bestimmen. (Das Angebot richtet sich aus Sicherheitsgründen an Schülerinnen ab 17 Jahren)