Kurzbeschreibungen der Versuche
Die Experimente werden von verschiedenen Instituten des Fachbereichs Physik auf dem Campus in Hamburg-Bahrenfeld angeboten. Während des Ferienkurses könnt Ihr drei Themen bearbeiten. Auf den folgenden Seiten findet Ihr die Kurzbeschreibungen der Arbeitsaufgaben zu den verschiedenen Themen aus den Bereichen Teilchen- und Detektorphysik, Optik, Laserphysik und Programmierung. Die Versuche werden in kleinen Gruppen von zwei oder drei Personen bearbeitet, dabei werdet Ihr von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Institute betreut.
A 1 Gamma-Spektroskopie
2 TeilnehmerInnen
Gammaspektroskopie ist die Messung des Spektrums der Gammastrahlung einer radioaktiven Strahlungsquelle. Gammaquanten haben nicht beliebige, sondern bestimmte (diskrete), für das jeweilige Nuklid charakteristische Energien, ähnlich wie in der optischen Spektroskopie die Spektrallinien für die in der Probe enthaltenen Stoffe charakteristisch sind. Deshalb ist die Gammaspektroskopie eine wichtige Methode zur Untersuchung radioaktiver Substanzen, beispielsweise radioaktiver Abfälle, um über deren Behandlung entscheiden zu können. Eine wichtige Messung ist z.B. die Überprüfung radioaktiver Überreste der Tschernobyl-Katastrobe, wobei sich nichtflüchtige Spaltprodukte, wie z.B. 137Cs in Pilzen, angesammelt haben.
D 1 Eigenschaften einer Silizium-Flächendiode
2 TeilnehmerInnen, Betreuerin spricht Englisch
Silizium-Flächendioden werden als Detektoren für schnelle geladene Teilchen und Röntgenstrahlung eingesetzt. Gemessen wird die Kapazitäts-Spannungskennlinie, und daraus bestimmt man die Dicke der empfindlichen Schicht und die Dotierung.
D 2 Kennlinien von PMOS-Transistoren
2 TeilnehmerInnen, Betreuer spricht Englisch
Um die Prozesstechnologie bei der Herstellung von Silizium-Detektoren zu überprüfen, werden auf dem gleichen Chip PMOS-Transistoren fabriziert. Die Kennlinien dieser Transistoren werden aufgenommen und dienen als Qualitätskontrolle der SiO2-Deckschicht.
D 3 Geschwindigkeit von Ladungsträgern in Siliziumdetektoren
2 TeilnehmerInnen
In zukünftigen Experimenten der Elementarteilchenphysik treten sehr hohe Zählraten auf, so dass die Siliziumdetektoren in 25 Nanosekunden ausgelesen werden müssen. Die Geschwindigkeit der Ladungsträger wird gemessen, indem man den Si-Chip mit kurzen Lichtblitzen einer Laserdiode bestrahlt und die Stromsignale auf einem GHz-Oszillographen registriert.
D 5 Signalausbreitung in Kabeln
2 TeilnehmerInnen
Die Übermittlung elektrischer Information spielt eine wichtige Rolle in vielen Bereichen des modernen Lebens. Kabel sind dabei das Hauptmedium, in dem Information verschickt wird. Die Eigenschaften solcher Kabel sind gleichermaßen wichtig und interessant. Anhand kleinerer Experimente haben die Schüler die Möglichkeit, Einblicke in die Ausbreitung elektrischer Signale auf Kabeln zu gewinnen. Im Laufe der Messungen lernen die Schüler, mit modernen Messapparaturen extrem kurze Zeiten zu messen und Signalformen zu untersuchen.
O 1 Messung der Lichtgeschwindigkeit
2 Teilnehmerinnen
Licht hat die höchste Geschwindigkeit im Universum. Wir wollen trotzdem die Lichtgeschwindigkeit messen - das Prinzip ist eigentlich ganz einfach: Wir schicken Lichtpulse auf die Rennbahn und messen mit Hilfe einer schnellen "Stoppuhr", wie lange sie unterwegs sind.
O 2 Holographie
4 TeilnehmerInnen
Die Holografie ist ein Verfahren zur Aufnahme eines Objektes in seiner räumlichen Ausdehnung - im Gegensatz zur Fotografie, die lediglich eine 2-dimensionale Speicherung erlaubt. Die Speicherung eines Hologramms geschieht zwar auch auf einem konventionellen Fotofilm, jedoch wird nicht das "Bild" des Objektes gespeichert, sondern ein von ihm erzeugtes Interferenzmuster. Was Interferenz ist, wie man ein solches Muster erzeugt und was man dafür braucht, kann man in diesem Versuch lernen. Außerdem wird der Umgang mit einem Laser und den zum Versuch benötigten optischen Komponenten geübt. Im Anschluss an die Belichtung der Filme werden diese zur Erstellung der Hologramme selbst im Labor entwickelt.
Zum Holografieren können eigene Objekte (ca. ≤ 6 cm) mitgebracht werden. Gut eignen sich Objekte mit glänzenden Plastikoberflächen (z.B. Figuren aus Überraschungseiern).
O3 Kann man sich hinter Fensterglas bräunen?
Oder: Transmissionsspektren optischer Gebrauchsgegenstände
2 TeilnehmerInnen
Mit einem Spektrometer können die Transmissionsspektren transparenter Körper untersucht werden. Die zur Verfügung stehenden Wellenlängen reichen mit 650 nm, dem roten Licht, über das sichtbare Spektrum bis zu den kleinen Wellenlängen von 200 nm, dem ultravioletten Bereich. Neben Sonnenbrillen, Skibrillen sollen auch unterschiedliche Glassorten untersucht werden. Hierbei wird der Frage nachgegangen, in wieweit Fensterglas eine Bräunung der Haut verhindert und welche transparenten Stoffe vor der schädlichen UV-Strahlung schützen.
Mitgebrachte Proben in Form von Glas, Brillen, usw. sind herzlich willkommen, nur sollten sie die Größe einer Brille nicht überschreiten. Und ganz wichtig: Nach der Messung können die Proben wieder unversehrt mitgenommen werden.
P 2 Luftschauer-Messung
2 TeilnehmerInnen
Hochenergetische Kerne prasseln ständig auf die Erdatmosphäre. Wir messen deren Energie und Ankunftsrichtung mit Teilchendetektoren - einige der Teilchen haben Energien, die nicht in Laborbeschleunigern erreicht werden können.
S 1 Experimente mit kosmischen Myonen
4 TeilnehmerInnen
Der Nachweis von Teilchen wird mit Hilfe sogenannter Kammern durchgeführt. Eine besondere, moderne Form sind die „Time Projection Chambers“. In diesem Versuch werden an einem Prototyp einer solchen TPC von den Schülerinnen und Schülern Messungen durchgeführt. Dabei wird die Möglichkeit gegeben, eine moderne Datenauslese mit dem Rechner kennen zu lernen, und damit Daten aufzuzeichnen und zu analysieren.
LP 1 Optische Nachrichtenübertragung
4 TeilnehmerInnen
Moderne Telekommunikation basiert hauptsächlich auf der Übertragung optischer Signale. In unserem Labor besteht die Gelegenheit, grundlegende Versuche zur Übertragung eines Audiosignals mit einem Laser durch einen Lichtwellenleiter und durch den freien Raum durchzuführen.
LP 2 Aufbau eines Kristall-Lasers
4 TeilnehmerInnen
Laser sind aus unserem Alltag mittlerweile nicht mehr weg zu denken. Aber was ist eigentlich ein Laser? In dem Versuch ´Aufbau eines Kristall-Lasers` wird ein Laser, wie er ganz ähnlich auch in den bekannten grünen Laserpointern eingesetzt wird, aufgebaut und auf einige seiner Eigenschaften hin untersucht.
LP 3 Optische Spektroskopie
3 TeilnehmerInnen
Wie unterscheidet sich das Emissionsspektrum einer Energiesparlampe von dem einer Halogenlampe oder dem einer Kerze? Was ist die Ursache für die Farbe von vielen Dingen des täglichen Lebens? Um das zu verstehen, werden an einem kleinen optischen Messplatz Emissions- und Absorptionsmessungen durchgeführt und anschließend interpretiert.
LP 4 Optische Interferometer
4 TeilnehmerInnen
Interferometer sind dienen als Messinstrumente für höchst präzise Messungen in Industrie und Forschung. Bei diesem Versuch können mit Hilfe von Lasern, Spiegeln und anderen Optiken verschiedene Interferometer aufgebaut werden. Am Beispiel einer Messung der Längenausdehnung eines leicht erhitzten Metallkörpers kann dann überprüft werden, wie gut die Messung mit dem selbst gebauten Interferometer wirklich funktioniert.
LP 6 Interferenz am Doppelspalt
4 TeilnehmerInnen
Das Doppelspaltexperiment ist eines der Schlüsselexperimente der Physik und gilt als das wichtigste Experiment der Quantenphysik. Im 19. Jahrhundert wurde es erstmals durchgeführt, um die Wellennatur des Lichts zu beweisen. Doch auch mit kleinsten Teilchen, z.B. Elektronen lässt sich dieses Experiment durchführen, was zu Ergebnissen führt, die zunächst einmal sehr überraschend sind. Der vorliegende Versuch wird mit einzelnen Lichtquanten oder „Licht-Teilchen“, den sogenannten Photonen durchgeführt, wobei die faszinierende Frage auftaucht, ob ein Photon durch zwei Spalte gleichzeitig gehen kann.
T 1 App-Programmierung
6 TeilnehmerInnen
In der naturwissenschaftlichen Forschung sind Computer heutzutage allgegenwärtig. Egal ob zur Steuerung von Experimenten, zur Analyse von Daten oder zur theoretischen Simulation physikalischer Vorgänge – Computerprogramme sind ein unverzichtbares Werkzeug für PhysikerInnen. Aber ist Programmieren nicht wahnsinnig kompliziert und nur was für Computer-Profis? Stimmt nicht – bei uns bekommst Du die Möglichkeit, schrittweise Deine eigene App für ein Android-Tablet zu erstellen und dabei die Grundlagen von Programmiersprachen zu verstehen. Wir benutzen eine Programmiersprache, die sehr einfach und für AnfängerInnen geeignet ist. Laptops und Tablets sind vorhanden und brauchen nicht mitgebracht zu werden.