MasterClasses in der Schule

In diesem Versuch geht es um das spielerische Programmieren cloudbasierter Quantencomputer sowie das Verstehen der Besonderheiten dieser Rechner.

Derzeit besteht ein großes wirtschaftliches und politisches Interesse, einen leistungsfähigen Quantencomputer zu bauen, um einen Quantenvorteil zu erlangen. Dieser Workshop geht auf die Phänomene der Superposition und Verschränkung ein und greift zudem das Konzept der Zustandsmessung von Quantenobjekten auf. Die Teilnehmenden setzten sich dabei in Zweiergruppen mit den grundlegenden Bestandteilen von Quantencomputern auseinander und festigen beim gamifizierten Arbeiten mit einem cloudbasierten Quantencomputer ihr Verständnis der physikalischen Phänomenen, wobei sich auch der Frage, ob durch die Nutzung der Quanteneigenschaften ein Vorteil erlang werden kann, angenommen wird.

Der Kurs dauert circa 2 Zeitstunden und findet entweder vor Ort in der Schule oder auch im Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA) in Braunschweig statt.

In diesem Versuch geht es um die einfache Nachahmung des “BB84-Protokoll” genannten Verschlüsselungsverfahrens zum sicheren Übermitteln von Nachrichten. Zur Zeit wird mithilfe dieses an einer schnellen und abhörsicheren Methode zum Senden von Nachrichten gearbeitet.

Dieser Workshop wiederholt das Grundprinzip von Polarisation von Licht, vermittelt den Aufbau und die Funktionsweise von sicherer Datenübermittlung und beschäftigt sich mit Quantenmechanischen Phänomenen wie "echtem" Zufall. Die Teilnehmenden schlüpfen dabei in die Rollen von SenderIn ("Alice"), AbhörerIn ("Eve") und EmpfängerIn ("Bob") und nutzen Laser sowie Filter um mithilfe von Licht sichere Schlüssel zur Codierung von Nachrichten zu generieren. Die große Frage ist dabei, ob Eve durch Alice und Bob aufgedeckt werden kann.

Der Kurs dauert circa 2 Zeitstunden und findet entweder vor Ort in der Schule oder auch im Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA) in Braunschweig statt.

In diesem Workshop wird vermittelt, wie Gravitationswellen durch Laserinterferometrie nachgewiesen werden können. Die Schülerinnen und Schüler haben die Möglichkeit, selbstständig Experimente mit dem Michelson-Interferometer durchzuführen, winzige Längenänderungen zu bestimmen und so die Experimente, für die 2017 der Nobelpreis vergeben wurde nachzuvollziehen.

Die Schülerinnen und Schüler lernen interessante wissenschaftliche Themen kennen: von schwarzen Löchern und die Entstehung von Gravitationswellen bis hin zur Bedeutung von Interferometern für den Nachweis von Gravitationswellen. 

Der Kurs dauert etwa 3 Zeitstunden und findet entweder in der Schule vor Ort oder am Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA) in Braunschweig statt. Dort wird dieser Workshop gerne mit einer Labortour verbunden.

Im Mai 2019 wurden die SI-Einheiten neu definiert. Seit dem wird statt des Urkilogramms in Paris die Kibble-Waage zur Definition der Einheit Kilogramm verwendet.

Dieser Workshop startet mit einer kurzen Einleitung über Lorentzkraft, Induktion sowie bewegte Leiter im Magnetfeld. Damit lässt sich die Kibble-Waage verstehen und im Experiment zur Massenbestimmung einsetzen. Es werden Grundlagen wiederholt, die Funktionsweise einer solchen Waage erläutert und in Kleingruppen exakte Massen bestimmt, wobei ein besonderes Augenmerk auf experimentelle Präzision gelegt wird.

Der Kurs dauert je nach Wunsch zwischen 2 (mit vorheriger Kalibrierung unserseits) und 4 (Kalibrierung durch die Teilnehmenden) Zeitstunden und findet entweder vor Ort in der Schule oder im Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA) in Braunschweig statt.

In diesem Kurs stehen Interferometer im Mittelpunkt, die auch vielfach in aktuellen Forschungsprojekten des Exzellenzcluster QuantumFrontiers eingesetzt werden.

Der [MasterClasses - compact]-Kurs gibt einen kurzen allgemeinen Überblick zu Interferometern in der Forschung und einen Einblick über kurze Videosequenzen in den Exzellenzcluster. Im Mittelpunkt des ca. 90-minütigen Kurses steht das Experimentieren von Schülerinnen und Schüler an Michelson-Interferometer mit Ultraschall. Ein Klassensatz von 7 bis 10 Experimentiersets gehört zum Umfang der Kursmaterialien.

Über das Anmeldeformular können Lehrkräfte Ihr Interesse an dem Kurs anmelden und Ausleihtermine anfragen. Weitere Informationen erhalten Sie bei Stina Scheer.

In diesem Kurs werden Schülerinnen und Schüler an die Grundlagen der Metrologie herangeführt. Dies geschieht dabei im Kontext der Neudefinition des Kilogramms und der Bestimmung von Massen mit der Stromwaage.

Kern der 90-minütigen Unterrichtseinheit sind das Entdecken des Funktionsprinzips der Stromwaage und die experimentelle Herleitung der Formel für die Lorentzkraft. Ein Klassensatz von 6 bis 8 Stromwaagen-Experimentiersets gehört zum Umfang der Kursmaterialien.

Auf der Unterrichtseinheit zur Stromwaage aufbauend kann optional noch eine Unterrichtseinheit zur Kibble-Waage (auch Watt-Waage genannt) durchgeführt werden. Neben der Lorentzkraft ist die Induktionsspannung dabei das zweite wichtige Konzept zur Realisierung einer Massenbestimmung mit dieser. Im Rahmen dieser Ergänzung wird ein Demonstrationsexperiment mit der Kibble-Waage durchgeführt und den Lernenden ein Einblick in den Gebrauch von Kibble-Waagen in der Forschung gegeben.