Projekte
Bei den PPT könnt ihr in kleinen Teams von zwei bis vier Schülerinnen mit Wissenschaftler*innen zusammen an einem spannenden Forschungsprojekt arbeiten. Wir bauen die verfügbaren Projekte jedes Jahr aus und entwickeln sie weiter. Gerade stellen wir die Projekte für 2023 zusammen. Damit ihr schon mal einen Eindruck bekommen könnt, sind unten die Projekte vom letzten Jahr gezeigt.
Projekte PPT 2022 Hamburg
Molecule bursts by X-rays
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.Digital Silicon Photomultipliers
Photomultiplier Röhren sind Detektoren für Licht. Diese hochsensiblen Geräte sind einsetzbar um Licht mit Frequenzen im Bereich des sichtbaren elektromagnetischen Spektrums zu detektieren. Die Sensitivität dieser Detektoren reicht aus um sogar einzelne Photonen nachzuweisen. Dies wird durch eine Verstärkung erreicht, bei der das durch die Absorption eines Photons frei gewordene Elektron in mehreren Stufen beschleunigt und vervielfätigt wird. Photomultiplier aus Silizium arbeiten mit dem selben Prinzip, nur der Verstärkungsmechanismus ist anders. Diese modernen Detektoren sind der nächste Schritt in der Evolution von Lichtdetektoren, da sie zuverlässiger sind, in starken magnetischen Feldern operieren können und viel kleiner sind (einige Millimeter statt Centimeter). Wir forschen an digitalen Photomultipliern, die eine weitere Entwicklung darstellen. Sie eröffnen den Weg für genauere Messungen der Ankunftszeit des Photons und dessen Position. Außerdem ermöglichen digitale Photomultiplier fehlhafte Signale zu filtern.
Photomultipliers werden in vielen Teilchenphysikexperimenten verwendent, finden aber auch Verwendung in unzähligen technischen Anwendungen, wie zum Beispiel der Bildgebung in Positron-Elektron Tomografie, eingesetzt in der Medizin.
In diesem Projekt wirst Du lernen, wie Photomultiplier funktionieren, wie diese verwendet werden und wie man ihre Eigenschaften misst. Vielleicht kannst Du sogar Deinen Namen in einem dieser Detektoren schreiben.
Magnetismus und Monte-Carlo-Simulation
In der theoretischen Physik geht es häufig geht darum, Modelle für Phänomene oder komplexe Systeme zu entwickeln, deren Beschreibung und Berechnung andernfalls entweder gar nicht möglich oder nur durch den Einsatz extrem leistungsstarker Computer zu bewerkstelligen wäre.
In diesem Projekt wirst du dem Ursprung des Ferromagnetismus auf den Grund gehen. Dafür werden wir gemeinsam zunächst ein intuitives Modell für dieses Phänomen entwickeln und die physikalischen Grundlagen erarbeiten. Das Verständnis darüber, wie ferromagnetische Materialien wie beispielsweise Eisen auf mikroskopischer Ebene funktionieren, ist nicht nur aus physikalischer Sicht äußerst spannend, sondern bildet auch die Grundlage unzähliger technischer Anwendungen. Anschließend werden wir die auftretenden Effekte in unserem Modell mithilfe sogenannter Monte-Carlo-Simulationen am Computer ausführlich erforschen. Diese Technik basiert auf der wiederholten Durchführung von Zufallsexperimenten, vergleichbar mit dem zufälligen Ziehen farbiger Kugeln aus einer Urne, und bildet ein mächtiges, aus der Physik nicht mehr wegzudenkendes Werkzeug. Bei diesem Projekt wirst du Einblick in die verschiedenen Phasen der typischen Forschungsarbeit erhalten, angefangen bei der Entwicklung eines physikalischen Modells, über wissenschaftliche Programmierung, bis hin zur Durchführung computergestützter Simulationen. Dabei wirst du die Möglichkeit haben, eigene Fragestellungen zu untersuchen und damit das Wichtigste und Schönste an der Forschung kennenzulernen: der eigenen Neugier folgen.
Laboraufbau mit Einplatinencomputer (Programmieren mit dem Raspberry Pi)
Jage das Unsichtbare
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!!Holografie
Dieses Projekt richtet sich an Teilnehmerinnen ab 18 Jahren.
Generation of ultrashort laser pulses
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.
Design of a hybrid material
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).
Optische Pinzette
Roboter
Machine Learning
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?