Besuch der 10a im Schülerlabor der Universität Frankfurt

Am 14.03 besuchten wir, die Klasse 10a und die Physiklehrer Frau Hünermann und Frau Zimmermann das Schülerlabor Physik der Universität in Frankfurt. Als wir uns alle um 8 Uhr am Bahnhof in Aschaffenburg versammelt hatten, konnte es auch schon losgehen. Wir fuhren ohne Probleme mit dem Zug in die Frankfurter Innenstadt. Bei der Ankunft hatten wir allerdings etwas mehr als eine Viertelstunde Verspätung, so dass „unsere“ U-Bahn schon längst weg war. Mit diesem Problem, dass wir kaum Zeit zum Umsteigen hatten, gerieten wir in Hektik und sind zunächst in die falsche Bahn eingestiegen. Nach 10 Minuten Fahrt ist es uns dann aufgefallen und sind sofort ausgestiegen, die darauffolgenden Bahn brachte uns aber dann doch zu unserer Haltestelle und wir kamen mit einer 20 Minütigen Verspätung an. Trotz unseres Mischgeschickes wurde wir freundlich empfangen.
Zunächst konnten wir einen ausgedienten Teilchenbeschleuniger besichtigen, der im Treppenhaus ausgestellt ist. Herr Cerny erklärte uns in allen Einzelheiten, wie das Gerät funktioniert hatte. Dann begaben wir uns in den Hörsaal, wo wir einige grundlegende Dinge aus der Teilchenphysik erfuhren.
In der Experimentierphase 1 konnten wir mithilfe eines Geigermüllerzählrohres den Nulleffekt messen. Außerdem haben wir die Trennung von Alpha- und Beta-Strahlen ermittelt, indem wir zwischen einem Radium-226-Strahlerstiftes und dem Geigermüllerzählrohr Absorber (Papierblätter) geklemmt hatten. Durch unsere Messergebnisse konnten wir rechnerisch den Absorptionsfaktor errechnen, der bei uns 17.4% betragen hat.
Nach der ersten Experimentierphase gingen wir zur Pause in den Pausenraum der Goethe Universität, in dem wir unser selbst mitgebrachtes Essen aßen oder etwas in der Cafeteria kauften. Eine halbe Stunde später besichtigten wir, auf dem Rückweg zu unserem Experimentierraum, die Experimentierhalle. Die verschiedenen Experimente wurden uns von einer dort arbeitenden Lehrkraft, Herrn Cerny, erklärt. Mit Hilfe der Frankfurter Entwicklungen kann der Teilchenbeschleuniger am CERN verbessert werden.
Nach der Pause gingen wir noch einmal in den Vortragsraum. Zu Beginn wurde uns der Urknall näher erklärt, wir erfuhren, dass es direkt nach dem Urknall (tausendstel einer Sekunde) noch so heiß war, dass die Quarks und Gluonen noch keine Protonen und Neutronen bilden konnten. Erst nach ein paar Minuten gab es erste Atomkerne und Nach mehreren hunderttausend Jahren konnten diese Elektronen einfangen und waren nun Atome.
Darauf folgend erfuhren wir, dass in sog. Teilchenbeschleunigern diese Zustände erreicht und die Existenz von Quarks und Gluonen nachgewiesen werden können, indem Teilchen auf 99,9999991 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und aufeinander geschossen werden.
Als ein Beispiel für einen Teilchenbeschleuniger wurde uns der Large Hadron Collider am CERN genannt. An diesem Beispiel wurde uns der Aufbau und die Nutzung eines Teilchenbeschleunigers erklärt. Ebenso wurde uns mitgeteilt, dass mithilfe von solchen beschleunigten Bleiatomen der Urknall auf Bruchteile einer Sekunde erforscht wird. Um uns ein Beispiel für den "sinnvollen" Gebrauch der Strahlung zu geben, erklärt wie mit beschleunigten Kohlenstoff-Ionen gezielt das Krebsgewebe im Gehirn unschädlich gemacht werden kann ohne die gesunden und empfindlichen Nervenzellen zu beschädigen. Daraufhin begaben wir uns zurück in das Experimentierlabor.
Experimentell sollten wir mit Hilfe eines Strahlerstiftes und eines Blattes die Reichweite von ?-Strahlen ermitteln. Zuerst haben wir die Strahlungsmenge auf eine Distanz von 2, 3, 4, 5 und 6 cm gemessen. Danach haben wir dieselbe Messreihe durchgeführt allerdings  mit einen Absorber aus Druckerpapier und sind dadurch auf das Ergebnis gekommen das ?-Strahlen in Luft etwa 4 cm oder 0,04 m fliegen. Daraus konnten wir die Geschwindigkeit der Teilchen berechnen - nahe der Lichtgeschwindigkeit.
Im darauffolgenden Experiment haben wir den Strahlerstift fixiert und das Zählrohr jeweils in 15° Abstanden , von -45° bis 45° gemessen und danach dasselbe nochmal mit Magneten unter und über dem Strahlerstift. Bei diesem Versuch sind wir leider zu keinem Ergebnis gekommen da die Aktivität der Probe zu niedrig war um über den Nulleffekt Ergebnisse zu liefern. Andere Teams konnten zeigen, dass die Strahlung durch Magnetfelder abgelenkt wird.
Im letzten Versuch, den wir an der Goethe-Universität durchgeführt haben, haben wir einen Nebelkammer gebaut. Dafür haben wir einen Plastikbecher mit einen in Alkohol getränkten Wattepad und einen passenden Deckel mit Trockeneis bekommen. Der Alkohol regnet langsam nach unten und wird gekühlt.
Wenn Strahlung den Alkoholdampf trifft, kondensiert dieser zu winzigen Tropfen. Durch seitlich einfallendes Licht wird eine Spur von Kondensat sichtbar.
Damit konnten wir die Radioaktivität von einem Radium-226-Strahlerstift feststellen. Man musste kurz warten, solange, bis es im Behälter nebelig wird. Wenn es nebelig ist, kann man den Strahlerstift in das Loch stecken.  Sobald man das tat erhielten wir als Ergebnis viele kleine Teilchenspuren, die man nur erkannte, wenn man eine Taschenlampe darauf leuchtete. Wir erhielten zwei Arten von Spuren, die eine Art war von Alpha-Teilchen und die andere war von Beta-Teilchen.  Sie unterscheiden sich folgendermaßen:
Die Spur des Alpha-Teilchens ist kurz und etwas dicker, während Beta-Strahlung lange und dünne Spuren hinterlässt.
Zuletzt verabschiedeten wir uns von Herrn Cerny und Herrn Dr. Gruppe und bedankten uns für den sehr lehrreichen informativen Tag. Wir haben viel gelernt - und es war total interessant.
Nach einer eher langweiligen Rückfahrt kamen wir dann wieder heil auf dem Aschaffenburger Bahnhof an, wo Frau Zimmermann und Frau Dr. Hünermann uns dann nach Hause verabschiedeten.

Impressionen: Klasse 10a an der Universität in Frankfurt

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Im Hörsaal

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Detektor am CERN

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Erste Experimente

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Winkelabhängigkeit

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Experimentierhalle

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Experimentierhalle und Cafeteria

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Dr. Gruppe erklärt

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Trockeneis


Text: Schüler der 10a; Dr. L. Hünermann
Fotos: Dr. L. Hünermann

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