Rückblick: PPT Hamburg 2023

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?

Auch wenn es sich bei der Holografie um eine schon ältere Technik handelt, deren Grundlagen in den 40er Jahren des letzten Jahrhunderts erarbeitet wurden, ist sie immer noch bzw. zum Teil auch wieder zunehmend in der aktuellen Forschung zu finden. In diesem Versuch werden wir opto-mechanische Aufbauten zur Erzeugung von Hologrammen in einem Optik-Labor realisieren und natürlich auch einige Hologramme aufnehmen. Dabei lernt man einiges über die wellenoptischen Eigenschaften von Licht, wie z.B. über das Phänomen der Interferenz.

Dieses Projekt richtet sich an Teilnehmerinnen ab 18 Jahren.

Dies ist ein Deutsch-Englisches Projekt. Die Sprache der Wissenschaft ist Englisch und besonders als Physiker*in 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.

In den letzten Jahren hat maschinelles Lernen in vielen verschiedenen Bereichen einen riesigen Boom erfahren, nicht nur in der Tech-Branche sondern auch in der Wissenschaft. Anwendungen maschinellen Lernens begegnen uns im täglichen Leben an verschiedensten Stellen, von der Entsperrung unserer Smartphones mittels Face-ID, über die automatische Hervorhebung von Beiträgen in sozialen Medien, bis hin zu den Vorschlägen die uns von Netflix gemacht werden. Maschinelles Lernen hilft auch Physiker*innen bei der Suche nach neuen Elementarteilchen, Ärzten und Ärztinnen bei der Erstellung von Diagnosen und in vielen anderen Gebieten der Wissenschaft. Aber wie funktionieren diese Algorithmen überhaupt? In diesem Projekt werdet ihr entdecken welche “Magie” hinter maschinellem Lernen steckt und wie man es sowohl im Alltag als auch zum Lösen von wissenschaftlichen Problemen verwenden kann. Seid ihr bereit eure eigenen neuronalen Netzwerke zu entwerfen?

Machine learning has had a huge boom in recent years in many different fields of knowledge, with a large impact not only in the tech industry but also in science. We experience many applications of machine learning in our daily life, such as using Face ID to unlock our phones, highlighting posts on social media or suggesting what to watch on Netflix. Machine learning is also helping physicists in their quests for new particles, assisting doctors in their medical diagnoses, and advancing many other scientific activities. But how do these algorithms actually work? In this project you will discover the “magic” behind machine learning, and how it can be put into practice to solve both everyday-life and scientific problems! Ready to be the architect of your own neural network?

In der heutigen Wissenschaft und Forschung sind Computer und Software nicht wegzudenken. Aber wisst ihr wie ein Computer aufgebaut ist und wie ihr ihm sagen könnt, was zu tun ist? In diesem Projekt baut ihr mithilfe eines Mini-Computers euer eigenes Labor! Hierbei kommt der Raspberry Pi zum Einsatz - ein voll funktionsfähiger Computer auf kleinstem Maßstab. Mithilfe der Schnittstellen zur Steuerung von verschiedensten Sensoren und Messinstrumenten baut ihr einen Versuch auf und lernt dabei spielend programmieren. Am Ende werdet ihr mit eurem eigenen kleinen Experiment eine physikalische Größe messen. Dafür sind eure kreativsten Lösungsansätze gefordert!

Dies ist ein Deutsch-Englisches Projekt. Die Sprache der Wissenschaft ist Englisch und besonders als Physiker*in 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.

Semiconductor materials have an electrical conductivity which lies between conductors and insulators. Its electrical properties may be altered in useful ways by introducing impurities in the material (known as “doping”), by applying electric or magnetic fields, or by exposing the material to light or heat. Thus, semiconductors can make excellent sensors.

Many of the components you find in every electrical device are semiconductors. In particle physics, semiconductor devices are used as particle detectors. The particles interact with the semiconductor material and this interaction is transformed into an electrical signal, which is used to study the particle’s properties. At DESY, we study semiconductor sensors to develop new detectors for the next generation of particle physics experiments.

Understanding the behavior of semiconductors under a given configuration is very important for the development process. Technology Computer-Aided Design (TCAD) is a simulation tool that can help with this understanding, because it can replicate the fabrication process of semiconductors and the conditions under which they are used. With TCAD simulations it is possible to see effects that are not usually visible or measurable, such as the electric field inside a sensor, as well as measurable quantities, such as the breakdown voltage.

In this project you will have the opportunity to dive into the inner structures of semiconductors using TCAD and to understand the effects of different configurations. We will then compare the observations made in simulations with small laboratory experiments using different semiconductor devices.

Dies ist ein Deutsch-Englisches Projekt. Die Sprache der Wissenschaft ist Englisch und besonders als Physiker*in 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.

Hamburg accommodates one of the most powerful X-ray sources in the world, the European X-Ray Free-Electron Laser (XFEL). This facility is capable of generating flashes of X-rays with extreme properties. These flashes are

• ultrashort: their duration is as short as 10 femtoseconds (1 fs = 10^(-15) s) (For comparison: Within 10 fs light travels 3 micrometers, one-tenth of the thickness of a hair! Within 10 fs atoms at room temperature are practically motionless!)

• ultraintense: their intensity may reach 10^23 W/m^2 (For comparison: One could reach such light intensity by focusing all the sunlight illuminating the Earth down to 1 mm radius!)

Due to these extreme properties, XFEL technology is revolutionizing many areas of science, e.g., the determination of complex molecular structures using the scattering of X-rays. Still, as the dominant interaction process between X-rays and matter is the photoelectric effect, rather than scattering, the radiation used for probing may itself alter the structure of matter. Therefore, understanding the impact of an ultraintense, ultrashort flash of XFEL light on a sample is of crucial importance.

Within this project we are going to investigate, via computer simulations, the XFEL-induced behavior of small molecules. For this we are going to use a dedicated computer program called XMDYN. After a short introduction and review of the necessary physics background the team will obtain insight into this exciting field via performing their own scientific investigations. This includes running simulations, visualizing atomic motions in molecules, and analyzing the results.

Teilchendetektoren sind ein wichtiger Bestandteil eines jeden Teilchenphysik Ex- periments. Sie dienen der Identifikation von Teilchen, die beispielsweise in einer Proton-Proton Kollision am Large Hadron Collider (LHC) entstehen.

Silizium Streifen Sensoren sind eine Art von Teilchendetektoren, die häufig in Teilchenphysik Experimenten verwendet werden. Wenn geladene Teilchen diese Sensoren durchkreuzen, wird ein elektrisches Signal erzeugt. Dieses Signal wird ausgewertet, um Informationen über die Position der Teilchen zu erhalten. Meist wird eine Vielzahl der Sensoren in mehreren Lagen angeordnet, um die Flugbahn geladener Teilchen zu bestimmen.

In diesem Projekt wirst Du lernen, wie Silizium Detektoren funktionieren und wie diese in der Teilchenphysik eingesetzt werden können. Außerdem wirst du charakteristische Eigenschaften der Sensoren vermessen.

Dies ist ein Deutsch-Englisches Projekt. Die Sprache der Wissenschaft ist Englisch und besonders als Physiker*in 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.

Kosmische Strahlung sind sehr energetische (schnelle) Teilchen, die die Erde von außerhalb ihrer Atmosphäre erreichen (vor allem von außerhalb des Sonnensystems). Die Anzahl der kosmischen Strahlung wird größer, je höher wir gehen, was darauf hinweist, dass sie aus dem Weltraum kommen (nicht vom Erdkern!). Fast 90% der kosmischen Strahlung, die die Erdatmosphäre treffen sind Wasserstoffatomkerne (also Protonen), 9% Helium Atomkerne (also Alpha (α)-Teilchen) und 1% sind Elektronen. Es ist richtig, dass die kosmischen Teilchen um uns sind. Diese Tatsache gibt uns die großartige Chance, diese Teilchen zu Erkennen und dies mit sehr einfachen und billigen Werkzeugen. In diesem Projekt werden wir eine einfache selbstgebaute Nebelkammer verwenden, um die kosmische Strahlung zu studieren und zu sehen ... Live!!

Dies ist ein Deutsch-Englisches Projekt. Die Sprache der Wissenschaft ist Englisch und besonders als Physiker*in 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.

The time it takes for an electron to make a complete round-trip around the hydrogen atom is 150 attoseconds. This is 0.000 000 000 000 000 150 seconds! In order to study such fast phenomena in atoms and molecules, we need to produce ultrashort laser pulses.

In this project, you will work with a hollow-core fiber setup that is a tool for generating ultrashort femtosecond (1 fs = 10^(-15) s) laser pulses. The working principle of this technique is based on the concept that the more colors a light pulse contains, the shorter it can become in time. By entering a hollow-core fiber filled with a noble gas the light is guided and new colors are created, resulting in a shorter laser pulse at the output. During the activity, you will take care of coupling a laser beam into a fiber, from the optimisation to the complete characterisation of the output beam. Are you ready to work with a colorful setup?

About the CFEL-ATTO group at DESY: our team aims at observing and manipulating the fastest movements in molecules that happen at ultrafast timescales, from femtosecond to attosecond. In order to capture these events, we need to generate light flashes with a temporal duration in the same range and use them within an ultrafast camera for our molecular movies.

Dies ist ein Deutsch-Englisches Projekt. Die Sprache der Wissenschaft ist Englisch und besonders als Physiker*in 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.

Hybrid plasmonic materials consisting of plasmonic nanostructures and porous microstructures have shown a lot of interest in recent years due to their unique combined properties. Among plasmonic nanostructures, gold nanoparticles (GNPs) are excellent candidates for the construction of hybrid plasmonic materials because of their controllable size, unique optical properties, and ability to bind to various molecular species. Alterations in their shape, surface modification, and size as well as modifying the interparticle spacing of aggregates can enhance their plasmonic behavior. On the other hand, porous silicon (pSi) represents a versatile host material for the deposition of GNPs. It offers pores with controllable size, porosity, and a wide surface area, which could enable the control of the interparticle interaction between GNPs, therefore improving the plasmonic behavior of GNPs. Then, the incorporation of GNPs into the pores of pSi membranes opens a new direction for different technological applications, for example, biosensors, gas sensors, medical devices, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) substrates.

In this project, you will learn the synthesis, functionalization, and characterization of gold nanoparticles as well as their incorporation into the pores of porous silicon membranes to generate hybrid plasmonic materials. Finally, you will be able to see your hybrid material under the scanning electron microscope (SEM).

In dem PPT Angebot von Light & Schools, dem Physik-Schullabor der Universität Hamburg, geht es darum, das Fangen von transparenten Teilchen mit Hilfe von Laserstrahlung kennenzulernen und ein mit dem Nobelpreis für Physik 2018 ausgezeichnetes Verfahren selber durchzuführen und zu erforschen. Dabei werden verschiedene Teilchen gefangen und bewegt, sowie die maximale Haltekraft der Pinzette bestimmt.

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.

Dies ist ein Projekt in englischer Sprache.

You probably know about the atomic structure: there is a positively charged nucleus and negatively charged electrons are spinning around the nucleus. Understanding of the atomic structure is the essence of quantum mechanics. Most likely, you've heard of x-rays, too. With x-rays, medical doctors can see bones inside your body at the hospital and security staff can detect small gadgets inside your luggage at the airport. Researchers can also see protein structures with more advanced x-ray beams, for example produced by PETRA III at DESY, Hamburg. In this project, you can investigate the atomic structure with x-rays! We will go over basic interactions of x-rays with atoms, we will explore how x-rays can remove electron(s) from an atom, how the atom reacts subsequently, and then how deep we can see inside the atom itself on a computer. You will learn how to use a dedicated computer program called XATOM and do exciting numerical experiments to look into the atomic structure by using x-rays.

Dies ist ein Projekt in englischer Sprache.

XPS steht für Röntgenphotoelektronenspektroskopie (X-ray Photoelectron Spectroscopy) - eine der wichtigsten Methoden zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Oberflächen. Hier könnt ihr die chemische Zusammensetzung sowie die Bindungsverhältnisse der elektronischen Struktur an der Oberfläche bestimmter Proben herausfinden. Ihr könnt eine direkte Anwendung des Photoeffektes beobachten und lernen, wie konkrete Bestandteile der Probenoberfläche identifiziert werden können. Die Arbeit findet an modernsten Geräten statt. Neben dem Analysieren von Proben lernt ihr außerdem wichtige Infos zur Nutzung von Vakua in der Forschung und vieles mehr.

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.