Astroteilchen-Masterclass der MINT-EC-Akademie
Am 28. Februar besuchten die Schülerinnen und Schüler der MINT-EC-Akademie (https://www.mint-ec.de, ext. Link) die Universität Würzburg, um dort an einer Astroteilchen-Masterclass teilzunehmen. Dies ist ein Angebot des Netzwerkes Teilchenwelt (https://www.teilchenwelt.de, ext. Link) und richtet sich an naturwissenschaftlich interessierte Jugendliche, unter anderem mit der Absicht diese für ein späteres Studium der Physik zu begeistern.
In einem Einführungsvortrag verschaffte uns Herr Burkhard Böhm einen Überblick über den „Teilchenzoo“. Er stellte die populärsten Vertreter wie Elektron und Myon sowie Up- und Down-Quark vor und erläuterte den Aufbau der Materie aus Teilchen. Anschließend legte er den Zusammenhang zwischen den fundamentalen Wechselwirkungen mit den jeweiligen Boten-Teilchen dar, wie z. B. das Photon für die elektromagnetische Kraft oder das Gluon für die starke Kraft im Atomkern. Des Weiteren berichtete er über die jeweiligen Antiteilchen Positron, Anti-Myon sowie die Anti-Quarks, die man allgemein als Antimaterie bezeichnet.
Die Brücke zwischen Teilchenphysik und Astronomie bildet die 1912 vom österreichischen Physiker Victor Hess (Nobelpreis 1936) postulierten kosmische Strahlung. Er stellt fest, dass ab einer Höhe von ungefähr einem Kilometer über dem Erdboden die Strahlung nicht – wie damals zunächst erwartet – nachließ, sondern, im Gegenteil, sogar zunahm. Daraus folgerte er, dass die Erde mit Strahlung aus dem All beschossen wird. Diese hochenergetischen Teilchen durchdringen die Atmosphäre nur zum Teil, wandeln sich dabei in andere Teilchen um, so dass uns am Erdboden nur noch ein Bruchteil der Strahlung erreicht.
Es stellt sich nun die Frage, wie man solche Teilchen beobachtet, die noch über eine Milliarde-mal kleiner sind als ein Atom? Eine mögliche experimentelle Antwort wurde vor ungefähr 100 Jahren mit der Nebelkammer gegeben. Genau diese durften die Schülerinnen und Schüler mit Hilfe von Trockeneis und Industrie-Alkohol nachbauen und sie konnten in diesen DIY-Nebelkammern auch die Kondensationsspuren von Teilchen beobachten und diese sogar anhand dieser identifizieren.
Des Weiteren ging es um die großen Fragen, die die Astroteilchenphysik gerne klären möchte: Wohin ist die Antimaterie verschwunden, die kurz nach dem Urknall noch vorhanden war? Woraus besteht das Universum?
Salopp formuliert könnte man sagen: Große Fragen erfordern große Experimente! Denn tatsächlich beeindrucken diese Aufbauten schon alleine aufgrund der großen Dimensionen. Beispiele hierfür sind: das Fermi-Gamma-Strahlung-Weltraum-Teleskop (https://fermi.gsfc.nasa.gov, ext. Link), das Magic-Gamma-Strahlung-Teleskop auf La Palma (https://www.mpp.mpg.de/forschung/magic, ext. Link), der Ice-Cube am Südpol zur Detektion von Neutrinos (https://icecube.wisc.edu, ext. Link) sowie der Atlas-Detektor am CERN bei Genf (https://home.cern, ext. Link)
Im zweiten praktischen Teil konnten die Schülerinnnen und Schüler auf die Erde treffende Myonen durch Szintillatoren-Messungen selbst detektieren. Diese Technik kommt beispielsweise im Fermi- oder im Magic-Teleskop sowie auch im ATLAS-Detektor zum Einsatz. Die Ergebnisse der Einzelgruppen wurden zusammengetragen und gemeinsam ausgewertet.
Den Abschluss dieser sehr gelungenen Veranstaltung bildete ein Quiz sowie eine Information über die Möglichkeiten des Physikstudiums an der Universität Würzburg.
Text und Bilder: Christian Schmidt
