Carolin Schwerdt, Felix Lehmann, Philipp Lindenau und Michael Walter

Cosmic@Web

kosmische Strahlung, Protonen, Photonen, Neutrinos
Der Weg von Protonen, hochenergetischen Photonen und Neutrinos von ihrer Quelle zur Erde, © DESY/Milde Science Comm./Exozet

Carolin Schwerdt, Felix Lehmann, Philipp Lindenau und Michael Walter

Ein Online-Lernangebot zur Astroteilchenphysik

Die Astroteilchenphysik ist ein faszinierender Forschungszweig, der mit Erkenntnissen und Methoden der Elementarteilchenphysik, Astrophysik und Kosmologie die physikalischen Gesetzmäßigkeiten der kleinsten und größten Dimensionen miteinander verknüpft und untersucht. Die Urknall-Hypothese und die Entwicklung des Universums beispielsweise basieren wesentlich auf Ergebnissen der Elementarteilchenphysik.
Astroteilchenphysik in der Schule
Das CosMO-Experiment und weitere Experimente zur Erkundung der Astroteilchenphysik stehen Schulen bundesweit an verschiedenen Standorten von Netzwerk Teilchenwelt, z.B. bei DESY in Zeuthen 1), zur Verfügung. Die Experimente können von Lehrkräften nach vorangegangener Fortbildung ausgeliehen werden. Passend dazu wurde das Unterrichtsmaterial [1] entwickelt. Ein Beispiel für eine entsprechende Projektwoche ist in Kasten 1 beschrieben.
Ein weiteres Projekt soll in diesem Beitrag näher vorgestellt werden: das Online-Lernangebot „Cosmic@Web. Es ermöglicht die Online-Analyse realer Daten von verschiedenen Experimenten mit kosmischen Teilchen. 2) „Cosmic@Web ermöglicht auch Schulen einen Zugang zu moderner Wissenschaft, die sich nicht in direkter Nähe zu einem Standort von „Netzwerk Teilchenwelt befinden.
1) Unterricht
1) Unterricht
Projektwoche „Kosmische Teilchen: Erfahrungen
Die Projektwoche „Kosmische Teilchen Zeitzeugen des Weltalls führte ich 2018 mit Schülerinnen und Schülern meines Physikleistungskurses der 11. Jahrgangsstufe kurz vor den Sommerferien durch:
  • Am Dienstag erhielten wir bei DESY in Zeuthen einen Einführungsvortrag zur Astroteilchenphysik sowie eine Einführung in die verschiedenen Experimente. Außerdem führten wir die ersten Kalibrationsmessungen mit den CosMO-Experimenten (s.a. Kasten 3) durch.
  • Am Mittwoch und Donnerstag experimentierten die Schülerinnen und Schüler selbstständig in der Schule.
  • am Freitag waren wir wieder bei DESY, um unsere Ergebnisse zu präsentieren und die erste Version unserer wissenschaftlichen Poster vorzustellen.
Erfahrungen
Insgesamt war ich begeistert von der intrinsischen Motivation meiner Schülerinnen und Schüler. Aus meiner Sicht ist es ihnen gut gelungen, eigene spannende Forschungsfragen zu entwickeln und daraus geeignete Experimente auszuwählen.
So führte eine Gruppe Geschwindigkeitsmessung von Myonen durch. Zwei Gruppen beschäftigten sich unabhängig voneinander mit der Fragestellung, ob sich die Myonenrate in den verschiedenen Etagen der Schule unterscheidet und ob die Temperatur einen Einfluss auf die Rate hat. Eine andere Gruppe untersuchte mit „Cosmic@Web (s.a. Kasten 3) den Zusammenhang zwischen der Neutronenrate und der geografischen Breite. Dazu werteten sie Daten des Detektors auf dem Forschungsschiff „Polarstern aus.
Die Arbeit an den Experimenten und den Laptops sowie die Gestaltung der Präsentationen lief ebenfalls gut. Auf Nachfragen erzählten mir die Jugendlichen, dass es ihnen besonders gefallen hatte, wie „echte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu arbeiten. Allem voran waren sie begeistert über die Messung echter kosmischer Teilchen und ebenfalls über die für Schulexperimente untypischen Langzeitmessungen. Für alle war es aufregend, dass die Experimente über Nacht weiterliefen. Neugierig betrachteten sie morgens die Laptops und hofften, gute Daten gesammelt zu haben.
Eine Gruppe entwickelte spontan die Idee, ein zweites Experiment zur Lebensdauer der Myonen aufzubauen. Für den Aufbau und die Vorbereitung dieses Experiments legten die Mitglieder dieser Gruppe sogar „Überstunden ein und blieben knapp zwei Stunden länger in der Schule, als vorher vereinbart. Unglücklicherweise waren die Daten aufgrund einer kleinen Unaufmerksamkeit beim Speichern am nächsten Tag nicht mehr auswertbar. Diesen Rückschlag verkrafteten die Teilnehmenden...

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Physik Nr. 180 / 2020

Teilchenphysik

Friedrich+ Kennzeichnung Projekt Schuljahr 10-13