Aus der Schule direkt in die aktuelle Forschung

In dieser MasterClass geht es um das spannende Thema Mikrogravitation. Dabei lernen die Schüler*innen das Äquivalenzprinzip als eines der wichtigsten physikalischen Grundprinzipien kennen und beschäftigen sich mit Experimenten auf der Erde und im Weltall, bei den Mikrogravitation erzeugt oder genutzt wird. Die MasterClass enthält sowohl theoretische, als auch experimentelle Anteile. Als Höhepunkt des Workshops besuchen die Teilnehmenden den Einsteinelevator und können dort ihre eigenen Fallexperimente durchführen. Auf diese Weise wird ein authentischer Blick in den Wissenschaftsbetrieb ermöglicht.

Curricular lässt sich diese MasterClass an das Thema "Freier Fall" anbinden. Dabei werden die Inhalte je nach teilnehmender Jahrgangsstufe entsprechend angepasst. Für Physikkurse der Qualifikationsstufe kann zusätzlich Bezug auf Themen der Quanten- und Atomphysik genommen werden. 

Auf Anfrage kann der Kurs auch an den Jahrgang 7/8 angepasst werden.

Die MasterClass dauert etwa sechs Zeitstunden und findet an der Leibniz Universität Hannover statt. Den Teilnehmenden entstehen keine Kosten.

In dieser MasterClass geht es um die Kunst der Detektion von Gravitationswellen mittels Laserinterferometrie. Dabei soll den Lernenden nicht nur das theoretische Wissen über die allgemeine Relativitätstheorie, sondern auch praktische Erfahrungen zu Experimenten mit Laserinterferometrie vermittelt werden. Letzteres kann je nach verfügbaren Räumlichkeiten und Interesse des Kurses mit Experimentieren am Michelsoninterferometer oder durch Nutzung von Simulationsprogrammen erreicht werden.

Die Allgemeine Relativitätstheorie wird in ihrer populärwissenschaftlichen Vermittlung oft auf eine Aneinanderreihung von eindrucksvollen Bildern und "seltsamen Phänomenen" reduziert. Dieses Vorgehen soll in der MasterClass explizit vermieden werden. Stattdessen sollen mit Hilfe altersgerechter Mathematik die Theorie als mathematisches Modell der Wirklichkeit eingeführt und ihre Konsequenzen explizit berechnet werden.

Gravitationswelleninterferometrie ist ein vielseitiges und hochaktuelles -- nicht zuletzt durch die Vergabe des Physiknobelpreises 2017 -- Forschungsthema, welchem sich auch Wissenschaftler*innen innerhalb des Excellenzclusters QuantumFrontiers widmen.

Der Kurs dauert etwa sechs Zeitstunden und findet an der Leibniz Universität Hannover statt. Er ist für Schülerinnen und Schüler ab der Einführungsphase geeignet und setzt keine Kentnisse der Quantenphysik heraus. Bei höheren Jahrgangsstufen (vor allem Physik-LK, 13. Klasse) ist es möglich ihn gezielt an curriculare Unterrichtsthemen anzubinden. Den Teilnehmenden entstehen keine Kosten.

Liebesbriefe, Militärgeheimnisse oder Zugänge zu Bankkonten. Alles sind Daten und es gibt gute Gründe, diese Daten geheim zu halten. Die Suche nach geeigneten Methoden der Verschlüsselung ist uralt. Ebenso alt sind Versuche, verschlüsselte Nachrichten unerlaubt zu entschlüsseln.

In dieser MasterClass bekommen die Lernenden einen Einblick in Codes, Verschlüsselungen und Entschlüsselungsmethoden und lernen anschließend die Quantenkryptographie an Hand des berühmten BB84-Experimentes kennen, welches sie selbstständig durchführen.

Der Kurs dauert etwa sechs Zeitstunden und findet an der Leibniz Universität Hannover statt. Er eignet sich zum Einstieg oder einen einmaligen Ausflug in das Thema Kryptographie und ist daher besonders für Mathematik- und Informatikkurse geeignet. Er setzt keine Kenntnisse der Quantenphysik voraus und ist so konzipiert, dass er bereits ab der 9. Klasse besucht werden kann.

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 am Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA) in Braunschweig statt. Dieser Workshop wird gerne mit einer Labortour verbunden. Es ist nach Absprache ebenfalls möglich, diesen Kurs vor Ort in der Schule durchzuführen.

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 im Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA) in Braunschweig oder in der Schule vor Ort statt.

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 im Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA) in Braunschweig oder auch vor Ort in der Schule 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 im Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA) in Braunschweig oder auch vor Ort in der Schule statt.