Wie das Universum funktioniert – Schüler:innen analysieren die Eigenschaften der kleinsten Teilchen bei der „International Masterclasses: hands on particle physics“ an der TUD

Dass die TU Dresden eine regional verankerte, global agierende Universität ist, zeigte sich bei der diesjährigen International Masterclass „hands on particle physics“: Unter anderem aus Seifhennersdorf, Leipzig und Zwickau kamen die sächsischen Schüler:innen, die sich an diesem Tag an der TUD mit der kleinen großen Welt der Teilchenphysik auseinandersetzten. Am Nachmittag trafen sie in einer Videokonferenz mit Schüler:innen aus Georgien zusammen, um die Ergebnisse ihrer Datenauswertung miteinander zu analysieren. Diese Gruppen bilden nur einen Bruchteil der weltweit mehr als 200 teilnehmenden Institutionen in 60 Partnerländern

Zum Einstieg beantwortete Prof. Michael Kobel, Prorektor Bildung und Lehrstuhlinhaber für Teilchenphysik, die grundlegende Frage „Warum eigentlich Teilchenphysik“ mit so einfachen wie schlagenden Argumenten: Um Antworten zu finden auf die Kernfragen unseres Lebens – Wie entwickelte sich das Universum nach dem Urknall? Aus welchen Bausteinen ist alles aufgebaut?

Zugleich sind die Wissenschaftler:innen in der Teilchenphysik ganz vorn bei der Entwicklung von Spitzentechnologien dabei. So nutzen die Physiker:innen am Forschungszentrum CERN (Eurpäisches Zentrum für Teilchenphysik in Genf) schließlich nicht nur seit Jahrzehnten ganz selbstverständlich KI, sie haben auch nebenbei das World Wide Web erfunden. Gelingen kann das alles nur in internationaler Zusammenarbeit, wie sie eben am CERN erfolgt.

Damit war der Erwartungshorizont für den potentiellen Physiknachwuchs gesteckt. Doktorand Max Stange führte die Gäste in die konkreten Aufgaben als Wissenschaftler:innen für einen Tag ein: Zunächst einmal konnten sich alle mit den verschiedenen Teilchen vertraut machen, ihren Eigenschaften, ihrer Entdeckungshistorie und damit, welche Lücke das Higgs-Boson 2012 eigentlich gefüllt hat.

Die definitive Entdeckung des Higgs-Bosons war ein Meilenstein, der erklärte, wie Teilchen zu ihrer Masse kommen. An den genauen Eigenschaften des Higgs-Teilchens wird weiterhin geforscht, hauptsächlich durch die Analyse von Ereignissen, die durch Kollisionen zustande kommen. Daher erhielten die Teilnehmenden die Aufgabe, eigene Theorien aufzustellen, was bei einer Teilchenkollision passiert – und diese Theorie anhand eigenständiger Messungen zu verifizieren. Ihre Ergebnisse konnten die Schüler:innen dann mit denen längerer Versuchsreihen des CERN abgleichen und durften feststellen, dass ihrer Analyse ganz hervorragend mit den CERN-Resultaten übereinstimmte.

„Das Tolle ist, hier mal direkt an der Quelle dessen zu sitzen, was Wissenschaft wirklich macht. Und nicht immer nur den aufbereiteten Lehrbuchaufgaben zu folgen“, fasste ein Schüler, Elias Pantzier aus Leipzig, das Beste am Tag zusammen. „Am CERN machen diese Berechnungen natürlich alles Algorithmen, aber so lernen wir eben zu verstehen, was dahintersteckt und wie die Messungen funktionieren“, ergänzt seine Mitschülerin Rosali Jakob.

Die durchgeführte Datenanalyse stand auch bei den anderen Teilnehmenden hoch im Kurs, ob sie nun die 9. oder 11. Klasse besuchten. Physikleistungskursler waren ebenso dabei wie solche, die Physik abgewählt hatten. Das Interesse an den großen Fragen des Universums teilen eben viele – in Sachsen und auf der Welt.

Die Veranstaltung wurde gefördert mit Mitteln der Gesellschaft von Freunden und Förderern der TU Dresden e. V. (GFF).