Teilchenphysik-Workshop

Am 9. März 2018 wurden wir, der Physik-Profilkurs von Herrn Breth, zu Teilchenphysikern. Nein, wir haben kein Physik-Studium im Schelldurchlauf gemacht, sondern an einem sehr spannenden ganztägigen Workshop teilgenommen, auf den wir in den Wochen zuvor im Unterricht vorbereitet wurden:
Wir tauchten für einen Tag in die faszinierende Welt der Elementarteilchen-Forscher ein und durften uns mit echten Daten vom Teilchenbeschleuniger LHC („Large Hadron Collider“) am CERN am Auswerten von so genannten „Ereignissen“ versuchen. Doch was bedeutet das jetzt?

CERN ist die Abkürzung für „Conseil européen pour la recherche nucléaire“ oder auf Deutsch: „Europäische Organisation für Kernforschung“.Wie vielleicht einige von euch wissen, werden dort Experimente mit Teilchenbeschleunigern durchgeführt, um Grundlagenforschung zu betreiben. Also um Fragen wie „Wie funktioniert das Universum?“ und „Wie ist es entstanden und warum?“ irgendwann beantworten zu können.
Im Teilchenbeschleuniger LHC kollidieren auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigte Protonen miteinander. Dabei messen Detektoren (in diesem Fall der ATLAS-Detektor) um die Kollisionsstelle herum, welche Teilchen bei dem Zusammenprall entstanden sind. Einsteins Relativitätstheorie besagt nämlich, dass Energie äquivalent zur Masse ist. Das heißt also, dass bei einer genügend großen Energiezufuhr Masse entstehen kann. Genau das passiert im Teilchenbeschleuniger. Die kinetischen Energien der aufeinanderprallenden Protonenpakete bilden viele andere Teilchen, die man versucht nachzuweisen.

Bis jetzt lernten wir im Physik- und Chemieunterricht, dass die Protonen, Neutronen und Elektronen die kleinsten Bausteine der Atome sind, doch so ganz stimmt das gar nicht. Das Elektron ist ein Elementarteilchen und ist somit nicht mehr teilbar (nach unserem heutigen Wissen). Protonen und Neutronen jedoch bestehen aus anderen Elementarteilchen, den sogenannten Quarks. Auf der Abbildung unten sieht man eine Übersicht aller Elementarteilchen.
Bei dem Workshop durften wir Messdaten vom ATLAS-Detektor auswerten und versuchen, das Entstehen von Z-Bosonen, nachzuweisen. Dieses Teilchen selbst kann man nicht nachweisen, da es sehr schnell nach seiner Entstehung wieder zerfällt. Man muss also die Teilchen suchen, in die es zerfällt. Das Z-Boson nachzuweisen ist sehr wichtig, da dieses das Zerfallsprodukt des Higgs-Bosons ist, einem Teilchen welches man lange versucht hat experimentell nachzuweisen, da es das Standardmodell der Elementarteilchen vervollständigt. Im Jahr 2012, wurde es am LHC am CERN zum ersten Mal nachgewiesen und im Jahr danach der Physik-Nobelpreis an die „Entwickler“ dieser Theorie, François Englert und Peter Higgs, verliehen.

Gemeinsam mit zwei Studenten der Humboldt Universität zu Berlin haben wir an Computern diese Teilchen nachgewiesen und erhielten anhand von Übungen und Vorträgen einen Überblick über die komplizierten Zusammenhänge der Teilchenphysik. Zurückblickend haben uns die Unterrichtseinheit „Teilchenphysik“ und der anschließende Workshop die Welt der Forscher am CERN nähergebracht und uns gezeigt, wie die Grundlagenforschung am CERN funktioniert.

Wir bedanken uns beim Forschungszentrum DESY der Helmholtz-Gemeinschaft und unserem Physik-Profilkurs-Lehrer Herr Breth für die Möglichkeit, an solch einem Workshop teilnehmen zu können.

Wenn ihr mehr über Teilchenphysik erfahren wollt, oder selber mal an so einem Workshop teilnehmen möchtet, findet ihr mehr Informationen auf dieser Website: http://www.teilchenwelt.de

Marie-Louise Dugua, im Namen des Physik-Profilkurses der Sophie-Scholl-Schule