Die Geheimnisse des Universums

Beim DESY-Physik-Ferienseminar in Hamburg habe ich die Chance bekommen, einer von 16 Schülern aus ganz Deutschland zu sein, der die Gelegenheit bekam die Welt der Physik außerhalb des Schulischen zu entdecken und mein Verständnis über die physikalischen Phänomene der Welt zu erweitern. Aber von vorn:

Sonntag 29. März 2026. Für Viele ein mehr oder weniger gewöhnlicher Tag in den wohlersehnten Osterferien. Für mich jedoch ging's auf nach Hamburg zum Deutschen Elektronen-Synchrotron Institut, oder besser gesagt zum DESY.

Die Anreise erfolgte am Sonntagabend. Noch bevor wir ein Wort miteinander ausgetauscht hatten, wurden wir in zwei Teams aufgeteilt und sollten mit einem Kasten voller Lego-Bausteinen innerhalb von 30 Minuten den großen Teilchenbeschleuniger LHC (Large Hadron Collider) nachbauen.

Der Gewinner sollte am Ende des Ferienseminares einen unvergesslichen Preis bekommen. Die ersten Fragen, die wir uns stellten: "Wie sollen wir so ein großes Teil in nur 'ner halben Stunde schaffen und was ist denn der unvergessliche Preis überhaupt !?"

Die Aufgabe war klar und wir saßen daran, dass so schnell wie möglich fertigzustellen. Kommunikation war das A und O, für den Sieg. Nun, lange Rede kurzer Sinn, mein Team hatte knapp gewonnen.

Nach dem Ganzem haben wir eine kurze Wiederholung zur Wellenlehre gehabt und hatten eine Führung auf dem Gelände des DESY. Am Abend haben wir uns noch miteinander unterhalten und spielten im Gemeinschaftsraum Billard und Dart.

Am Montag ging es direkt von 9:00 Uhr bis 10:30 Uhr mit einem Workshop zur Datenauswertung mit Tabellenkalkulation los, wo wir Daten zu wissenschaftlichen Experimenten analysieren und mit Hilfe von Excel auswerten sollen. Ein Experiment war z.B. die Ermittlungen der Halbwertszeit von Barium-137 anhand von der Gesamtzahl der Impuls in Abhängigkeit von der Zeit.

Danach gingen wir von 10:30 Uhr bis 14:30 zum Elektroniklabor (E-Lab) und Quantenlabor (Q-Lab). Dort haben wir die Möglichkeit gehabt, an verschiedensten Experimenten (etwa die Bragg-Reflexion oder Wellen-Teilchen-Dualismus) zu zweit zu arbeiten.

Mein Partner und ich haben uns den Tunneleffekt und die Spektralanalyse erarbeitet. Nachfolgend einige genauere Details zum Experiment:

 

1. Beim Tunneleffekt geht es darum, dass Teilchen (z. B. Elektronen) eine Energiebarriere durchdringen können, obwohl sie dafür eigentlich zu wenig Energie besitzen. Sie „tunneln“ quasi hindurch, anstatt sie zu überwinden. Das ist möglich, weil Quanten auch Welleneigenschaften haben und ihre Position nur als Aufenthaltswahrscheinlichkeit definiert ist, die hinter dem Hindernis nicht exakt Null ist. Im Experiment: 1 Sender, 2 Empfänger, zuerst ein "Halbzylinder", -> Winkel der Totalreflektion bestimmen, dann 2HZ, dazwischen Platten, ermitteln wie viel die jeweiligen Empfänger bei steigender Dicke Licht empfangen.
   
   
2. Bei der Spektralanalyse geht es, wie der nahmen schon bereits erwähnt, um das Analysieren bzw. Untersuchen eines Stoffes anhand seines Lichtspektrums.

Im Experiment war ein Gas gegeben, welches wir spektroskopieren sollten. Dazu hatten wir ein Beugungsgitter, was dafür sorgte, dass das Licht nach Farben sortiert in verschieden Winkel abgelenkt wird. Diese Abstände zum Schirm (Gasspitze) und vom Schirm zum Gitter haben wir mit einem Lineal gemessen. Dank Pythagoras mit ,,seinem" bekannten Satz, den er eigentlich nicht erfunden hat, konnten wir die Hypotenuse (Abstand von Gitter zur Linie) berechnen und dann mit dem tan(α) den Ablenkungswinkel bestimmt. Die Wellenlänge lässt sich durch die Formel λ = d • sin(α), wo bei d die Gitterkonstante ist. Dadurch, dass jedes Gas ein festes Muster besitzt (z.B. rote Linie λ = 486 nm) kann man genau identifizieren, welcher Stoff sich dort befindet. Unserer war, nach dem ganzen Rechnen: Neon. Als Abschluss des Tages wurden wir durch den Teilchenbeschleuniger HERA geführt und haben verschiedenes Erfahren wie:

1. dass das HERA wie ein gigantisches Mikroskop funktionierte. Während normale Mikroskope Licht nutzen, schoss HERA mit Elektronen auf Protonen. Da Elektronen viel kleiner sind als Lichtwellen, konnte man tiefer in das Proton hineinschauen als je zuvor.
   
   
2. Vor HERA dachte man, ein Proton besteht einfach aus drei Quarks. HERA hat gezeigt: Das Innere eines Protons ist wie ein „stürmisches Meer“. Es wimmelt dort von Gluonen (Teilchen, die die Kraft übertragen) und ständig entstehenden und vergehenden „See-Quarks“
   
   
3. HERA liegt in einem 6,3 Kilometer langen Ringtunnel, etwa 10 bis 25 Meter tief unter der Erde und besitzt 2 Ringe. Einen für leichte Elektronen und den anderen für schwere Protonen (Bild)
   
   
4. HERA war die erste große Anlage, die supraleitende Magnete in großem Stil einsetzte. Diese mussten mit flüssigem Helium auf -269 °C gekühlt werden, damit der Strom ohne Widerstand fließen konnte, um die Teilchen auf ihrer Bahn zu halten. Falls ihr bemerkt habt, dass ich hier die ganze Zeit im Präteritum über HERA spreche, liegt das daran, dass es seit 2007 außer Betrieb genommen wurde.

Am Dienstag, von 9:00 Uhr bis 11:30 Uhr, haben wir einen Vortrag zur Taylor/Maclaurin(-reihen) gehabt. Es wurde von der Entdeckung, zur Bedeutung bis hin zu Aufgaben alles behandelt. Danach ging's wieder zum Q-Lab und diesmal haben wir am Franck-Hertz-Versuch und am Milikan-Experiment gearbeitet.

Von 15:00 Uhr bis 16:30 Uhr haben wir einen Vortrag zum Forschungszentrum-DESY angehört, wo über die einzelnen Forschungsgebiete und laufenden Experimente wie das ALPS II und das ICE Exp. sowie zukünftige gesprochen wie das PETRA IV wurde.

Am Mittwochmorgen haben wir dann einen ausführlichen Workshop zu einem fundamentalen Gebiet der Mathematik und insbesondere der Physik, welches sogar das Thema meiner Projektarbeit in Klasse 9 war, nämlich die Welt der Komplexen Zahlen. Das Ganze ging von 9:00Uhr  bis 12:00 Uhr, also 3 STUNDEN, die JEDOCH interessant und lehrreich waren.

Danach haben wir zum letzten Mal im Schülerlabor experimentiert, diesmal im E-Lab. Wir haben dort das Cosmic-Lab-Experiment zur Detektierung der Myonen (schwerer Bruder vom Elektron) und an der Braunsche Röhre gearbeitet. Anschließend haben wir eine Führung zum PETRA III gehabt und über den Linearbeschleuniger European XFEL gesprochen.

Am letzten Tag haben wir wieder einen 3 Stunden langen Workshop zu der speziellen Relativitätstheorie gemacht. Am Nachmittag gab's einen Vortrag von einem hochangesehenen Wissenschaftler Prof. Dr. M. Ilchen zum Thema ,,Der Ultra schnelle Geschmacksinn der Quantenwelt".

Zu guter Letzt sollen wir unser Feedback zum Physik-Ferienseminare geben und wurden ganz herzlichst verabschiedet. "Rückblickend war die Zeit am DESY in Hamburg weit mehr als nur eine Aneinanderreihung von Vorträgen und Experimenten. Es war das Eintauchen in eine Welt, in der die Grenzen unseres Wissens täglich neu ausgelotet werden. Die Begeisterung der Forschenden und der Austausch mit Gleichgesinnten haben mir gezeigt, wie lebendig Physik sein kann. Ich verlasse das Camp mit unzähligen neuen Fragen im Kopf und kann jedem, der auch nur einen Funken Neugier für die Rätsel unseres Universums verspürt, nur raten: Bewerbt euch, es lohnt sich!"... was war aber der Preis jetzt?!

Der unvergessliche Preis, auf dem die meisten von euch mehr oder weniger gewartet haben zu erfahren, was es jetzt wirklich ist, war letzten Endes nichts Materielles oder Käufliches, sondern die Teilnahme selbst. Die Erfahrung, die wir hier gemacht haben, die Gelegenheit sein Horizont zu erweitern und die Chance bekommen zu haben mit Menschen aus der Wissenschaft, Informatik zu sprechen und insbesondere die Mitmenschen, die genauso wie man selbst Physik interessiert sind und bereit waren in den Ferien am Physik-Camp DESY in Hamburg teilzunehmen. Zusammengefasst gab es keine Verlierer, sondern nur Gewinner...

Christophe, 10d