Der Physik-Nobelpreis, der Klimawandel und das THG

Heute, am 5. Oktober 2021 hat Professor Dr. Klaus Ferdinand Hasselmann den wohl bedeutendsten Wissenschaftspreis verliehen bekommen, den Nobelpreis für Physik. Das Nobelpreis-Komitee hat besonders die Forschungsarbeit für das physikalische Modellieren des Klimas der Erde hervor gehoben. Damit wurde die Grundlage für das Wissen über das Erdklima und den Einfluss des Menschen gelegt.

Nobelpreis-Medaille

Aber wer ist Klaus Hasselmann?

Der zurzeit bekannteste Klimaforscher Hans Joachim Schellnhuber schreibt in seinem Buch „Selbstverbrennung“ (Verlag: C. Bertelsmann): 

Aber mein persönlicher Werdegang als Wissenschaftler wurde von Klaus Hasselmann und seinem charismatischen Mitstreiter Hartmut Graßl beeinflusst. Es stellt eine ganz besondere Auszeichnung dar, wenn man mit solch überragenden Gelehrten zusammenarbeiten und publizieren darf.“

Arbeitsgruppe Klimaforschung (Bengtsson, Graßl, Hassselmann)

Die beiden so hoch gelobten Gelehrten hatten im Jahre 1998 den Deutschen Umweltpreis der Deutschen Bundesstiftung Umwelt verliehen bekommen (siehe Foto oben). Bereits vor über 20 Jahren hieß es in der Begründung des Umweltpreises: „Den Direktoren des Max Planck Instituts für Meteorologie Professor Dr. Lennart Olof Bengtsson, Professor Dr. Hartmut Graßl und Professor Dr. Klaus Ferdinand Hasselmann ist es gelungen, solche Klimamodelle zu entwickeln. Damit lassen sich Klimaschwankungen, die wir in den letzten Jahren verstärkt beobachten, besser erklären und zum Teil auch vorhersagen. Ihre Arbeit hat maßgeblich dazu beigetragen, dass heute (Anm.: im Jahre 1998) kaum mehr Zweifel an den menschlichen Einflüssen auf das Erdklima bestehen.“ (Quelle: Deutscher Umweltpreis )

Was hat das Ganze nun mit unserem THG zu tun?

Hartmut Graßl am THG (2017)

Der „charismatischer Mitstreiter“ des neuen Nobelpreisträgers, Professor Dr. Hartmut Graßl hat im Rahmen der Kooperation des THG mit der Vereinigung Deutscher Wissenschaftler VdW eV. mehrfach unsere Schule besucht und eindrucksvolle Vorträge gehalten. Zuletzt im Jahre 2017 bei einer Zukunftsveranstaltung am THG mit der Schulministerin Yvonne Gebauer und im Jahr 2019 bei der Jubiläumsveranstaltung in der Hagener Stadthalle. So berühmt Hartmut Graßl auch ist, hat er sich auf Veranstaltungen der VdW in Göttingen, Berlin oder Hamburg immer bereit willig und gerne die Zeit genommen, um mit unseren Schülerinnen und Schülern vom THG über globale Zukunftsprobleme zu diskutieren.

Wir am THG sind sehr stolz, einen in jeder Hinsicht herausragenden Menschen wie Hartmut Graßl kenne zu dürfen. (Dr. Holger Thurn)

Hartmut Graßl im Gespräch mit THG-Schüler/-innen (2017)

Physik-LK’s vom THG am DESY – Forschung hautnah erleben

Das DESY, eines der weltweit führenden Beschleunigerzentren, ist ein national gefördertes Forschungszentrum der Helmholtz-Gesellschaft mit einem Standort in Hamburg und einem in Zeuthen. In Hamburg wird das stärkste und hellste Röntgenlicht der Welt für Experimente genutzt und Teilchen auf extrem hohe Energien beschleunigt.

Das THG ist Willkommen am DESY

Die beiden Physik-LKs der Qualifikationsphase des THGs sowie weitere interessierte Schüler hatten am vergangenen Donnerstag, 23. Januar, die Chance, dies bei einer Führung am DESY selbst zu erleben. Insgesamt 21 Schülerinnen und Schüler sowie die Lehrkräfte Herr Thurn, Frau Meiners und Frau Kudla fuhren gemeinsam für einen Tag nach Hamburg. Es war bereits der dritte Ausflug des THG zum Forschungszentrum DESY.

Nach einer Einführung mit einer Erläuterung der physikalischen Grundlagen durch einen Doktoranden führte dieser die Gruppe in den Tunnel des inzwischen stillgelegten HERA-Beschleunigers, der mit einem Umfang von über sechs Kilometern der größte in Deutschland gebaute Forschungsapparat aller Zeiten war. Hier wurden bis zum Jahr 2007 Elektronen und Protonen aufeinander geschossen, um mehr über den inneren Aufbau von Protonen zu erfahren. Durch die Experimente an HERA konnten beispielsweise sogenannte Gluonen innerhalb des Protons nachgewiesen werden, die die Quarks im Inneren von Protonen zusammenhalten.

Mit dem Aufzug 15 m in die Tiefe des HERA-Tunnels

Der 6,3 km lange HERA-Tunnel tief unter Hamburg (Protonring in gelb; Elektronring in rosa)

Der zweite Teil der Besichtigung führte die Gruppe zum etwas kleineren Speicherring PETRA, mit dem ebenfalls bahnbrechende Erkenntnisse zum Aufbau der Materie gewonnen werden konnten. PETRA dient heute als Strahlungsquelle für Röntgenstrahlen mit besonders hoher Brillanz. Diese sind vor allem für Strukturanalysen in der Chemie und der Biologie sehr wichtig. Aus solchen Untersuchungen ergab sich 2009 sogar ein Chemie-Nobelpreis.

Dabei waren die Schülerinnen und Schüler vor allem auch fasziniert davon, wie real die Forschung ist, die dort betrieben wird und wie diese auch Einfluss nimmt: Viele der Erkenntnisse der Teilchenphysikexperimente des DESY haben inzwischen beispielsweise ihren Platz in den Schulbüchern gefunden. Und auch sonst sind viele Erkenntnisse, die durch Experimente am DESY auch von den über 3000 Gastwissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern pro Jahr gewonnen werden, essenziell beispielsweise für die Entwicklung von neuen Medikamenten.

Die gelernten Zusammenhänge, Modelle und Formeln aus dem Physikunterricht bekamen in diesem Kontext für die Schülerinnen und Schüler eine ganz neue, reale Bedeutung: Zu sehen, wie beispielsweise die Theorie von in elektrischen Feldern beschleunigten oder  in  magnetischen Feldern abgelenkten Teilchen konkret als Baustein von Beschleunigern verwendet wurde, quasi zum Anfassen, war ein faszinierendes Erlebnis.

Das Elektronenstrahlrohr (silber) umgeben von Quadrupol-Magneten (rosa)

Auch die Dimensionen des Forschungszentrums beeindruckten die Schülerinnen und Schüler: 2300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, darunter circa 650 Forscher, arbeiten dort an der Gewinnung von Erkenntnissen. An den verschiedensten internationalen Großprojekten ist das DESY mittlerweile ebenfalls beteiligt: Der European XFEL-Laser auf dem DESY-Gelände erlaubt es, chemische Reaktionen zu „filmen“. Beteiligt ist das DESY außerdem am LHC, dem weltweit größten Ringbeschleuniger am CERN in Genf sowie am Ice-Cube-Experiment in der Antarktis, das kosmische Neutrinos nachweisen soll. Mehr über das DESY erfährt man auf der DESY-Homepage.

Das Erleben von konkreter Forschung war für die Schülerinnen und Schüler so auf jeden Fall eine bereichernde und unglaublich interessante Erfahrung, die hoffentlich auch den nächsten LKs ermöglicht werden kann.

(Text: Mailin Matthies; Fotos: Kudla, Meiners, Thurn)

Im folgenden noch weitere Impressionen von dem Besuch:

Erläuterungen zum Prinzip des HERA-Rings

DESY-Doktorand erläutert die Kühlung des Protonrings mit flüssigem Helium

Das dünne Elektronenstrahlrohr

Aufbau des CMS-Experiments am CERN

Modell der einzigartigen Lichtquellen am DESY

Physik-Lehrkräfte vom THG

WDR wegen SOFIA im Physik-LK

Der WDR war am 3.12.2018 mit einem Filmteam zu Gast im Physik-Leistungskurs der Q1 am THG. Es ging um SOFIA. Bei SOFIA handelt es sich nicht um eine Schülerin des THG, sondern … aber sehen Sie selbst:

Bei SOFIA handelt es sich nicht um eine Schülerin des THG, sondern um ein Stratosphären-Observatorium Für Infrarot-Astronomie, kurz SOFIA. Mit einem Teleskopspiegel, der in einer Boing 747 („Jumbo“) installiert ist, wird in 14 km Flughöhe das Universum im infraroten Wellenlängenbereich beobachtet. Ein Ziel des von der amerikanischen und deutschen Luft- und Raumfahrtbehörde (besser bekannt als NASA und DLR) gemeinsam betriebenen Projektes ist es, auf entfernten Planeten Wasser oder andere lebenswichtige Moleküle nachzuweisen. Also Hinweise auf mögliches Leben auf anderen Planeten zu finden.


Was hat dieses Projekt nun mit dem THG zu tun?
Mit dem neuen Referendars-Jahrgang ist auch die Physik- und Mathe-Referendarin Jennifer Kudla ans THG gekommen. Frau Kudla hatte die außergewöhnliche Gelegenheit, das Projekt bei der NASA in Kalifornien zu besuchen und an mehreren 10-stündigen Forschungsflügen mit SOFIA teilzunehmen. Ihre Begeisterung für diese großartige Forschung teilte Frau Kudla am 3.12. mit dem Physik-LK, indem sie zunächst den Schülerinnen und Schülern einige physikalische Grundlagen erläuterte und dann mit vielen Fotos von den beeindruckenden Flügen berichtete.

Wie kommt der WDR nun ins Spiel?
Die Verantwortlichen beim WDR fanden die ganze Sache so spannend, dass sie eine kleine Reportage darüber erstellen. Der  Sendetermin in der WDR-Lokalzeit Dortmund wird noch bekannt gegeben. Von besonderem Interesse war dabei, ob sich Schülerinnen und Schüler von der Begeisterung über echte Forschung anstecken lassen. Dieses Ziel hat Frau Kudla auf jeden Fall erreicht.

Nobelpreis für Gravitationswellen – Facharbeit am THG

Im Jahr 2017 wurde der Nobelpreis für Physik für den Nachweis von Gravitationswellen verliehen. Die theoretischen Grundlagen dazu wurden von Albert Einstein gelegt und gelten als eines der anspruchsvollsten Gebiete der Physik.

Das war für den THG-Schüler Luca Diekgraefe aber eher Anreiz als Abschreckung sich selbstständig im Rahmen seiner Facharbeit in dieses komplizierte Thema einzuarbeiten. So handelt seine Facharbeit mit dem Titel „Gravitationswellen“ von gekrümmter Raum-Zeit und den Einstein’schen Feldgleichungen. Um die erforderliche Mathematik (Riemannsche Geometrie) ansatzweise beschreiben zu können, hat Luca zusätzlich zur Facharbeit ein 36-seitiges Theoriepapier verfasst.

(Foto: M. Kleinrensing, WP-Hagen)

Da dies den üblichen Anforderungsrahmen von Facharbeiten weit übersteigt, hat  sein Physiklehrer Dr. Holger Thurn die Facharbeit zur Begutachtung an den Physikprofessor  Dr. Karl-Henning Rehren von der Uni Göttingen geschickt. Dieser hat freundlicherweise ein zweiseitiges Gutachten über die Facharbeit geschrieben, das die herausragende Leistung von Luca herausstellt:

… lässt Herr Diekgraefe ein hohes Maß an Abstraktionsfähigkeit und ein Potenzial theoretischer Herangehensweise erkennen, das weit über die Erwartungen in der gymnasialen Oberstufe hinausgeht und ihn mit Sicherheit zu einem Studium im mathematischen oder theoretisch-physikalischen Bereich qualifizieren wird.“ (Zitat aus Gutachten von Prof. Rehren)

Das Gutachten wurde Luca  auf der Lehrerkonferenz im Dezember 2017 übergeben und vom Lehrerkollegium des THG mit einem großen Applaus gewürdigt.

 

NW-AG beim Freestyle-Physics-Wettbewerb

Die erfolgreichen THG Schülerinnen und Schüler beim Freestyle-Physics Finale in Duisburg

Einen sehr guten Erfolg konnten jetzt zahlreiche Schülerinnen und Schüler der Naturwissenschaftlichen Arbeitsgemeinschaft am Theodor-Heuss-Gymnasium mit ihren Mentoren Frau Lanvermann und Herrn Nahrstedt für sich verbuchen.

„NW-AG beim Freestyle-Physics-Wettbewerb“ weiterlesen

Junior Science Olympiade

Für die Teilnahme an der Junior Science Olympiade erhielten wir vorstehende Urkunde. Der Wettbewerb wendet sich an Allrounder unter 16 Jahren, die sich fächerübergreifend für Biologie, Chemie und Physik interessieren. Insbesondere unser Schüler Luca Diekgraefe aus der Klasse 5 c nahm erfolgreich teil.