Quantenphysik

Programm für Oberstufenkurse

Dauer des Praktikums: ca. 6,5 Stunden (9:00 Uhr bis ca. 15:30 Uhr), inkl. einer 45-minütigen Mittagspause, Anzahl der Plätze: regulär 18, max. 24

Experimentieren im Quantenlabor – das bedeutet, sich mit Phänomenen der Mikrowelt zu beschäftigen! Das Verhalten von "Quantenobjekten" lässt sich oft nicht mit unseren Alltagserfahrungen erklären. Mit klassischen Modellen, wie z. B. Teilchen oder Welle, kann man Vieles beschreiben, aber das bedeutet noch lange nicht, dass man genau verstanden hat, was ein "Quant" eigentlich ist. Quantenphysik gilt als nicht zu verstehen und dennoch ist sie Grundlage für 30% des Weltbruttosozialprodukts! Quantenmechanik steckt in digitalen Technologien und in vielen medizinischen Analysemethoden wie z. B. der Kernspintomographie. Jeder Laser ist eine "quantenmechanische Maschine" und aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken.

Die folgenden Experimente stehen jeweils in ein- oder zweifacher Ausführung zur Verfügung:

  • Welle-Teilchen-Dualismus (1. Interferenz: Bestimmung der Rillenbreite einer CD und einer DVD mithilfe eines Lasers, 2. Untersuchung des Photoeffekts mithilfe eines Elektrometers)
  • Der Franck-Hertz-Versuch
  • Der Innere Photoeffekt (Bestimmung des Planck'schen Wirkungsquantums mithilfe der Kennlinien dreier LEDs)
  • Elektronenbeugung
  • Emissions- und Absorptionsspektren
  • Röntgenspektroskopie; optionaler Vorversuch: Bragg-Reflexion
  • Der Tunneleffekt

 

Die Quantenlabor-Experimente werden in Zweier- oder Dreiergruppen durchgeführt. Jede Gruppe führt in der Regel nur eines der angebotenen Experimente durch, möglicherweise auch zwei. Zur Messung und Auswertung steht an jedem Arbeitsplatz ein Notebook zur Verfügung.

Wir führen im Rahmen des Praktikums außerdem unsere Nebelkammer vor, informieren über die Forschung bei DESY und schließen die Veranstaltung in der Regel mit einer Reihe von Kurzvorträgen ab, in denen die Schülerinnen und Schüler ihr jeweilges Experiment vorstellen. Bei sehr kleinen Gruppen ist es unter Umständen möglich, das Praktikum nicht mit diesen Kurzvorträgen, sondern mit einer kurzen Führung durch die Max-von-Laue-Halle (PETRAIII) zu beenden. Bei Interesse sprechen Sie uns bitte darauf an.

Das Angebot richtet sich an Schulklassen, die dieses Thema zur Zeit im Unterricht behandeln oder bereits behandelt haben!
Entsprechendes Vorwissen ist unbedingt nötig zur Durchführung dieses Praktikums: Das Thema Interferenz sollte auf jeden Fall schon behandelt worden sein. Die Schülerinnen und Schüler sollten außerdem eine Vorstellung vom Aufbau eines Atoms haben (beispielsweise gemäß des Bohr'schen Atommodells) und mit der Formel E = h·ν vertraut sein.