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ExzellenzclusterStories
GirlsDay am Einstein-Elevator 2022

SCHÜLERINNEN ENTDECKEN QUANTENPHYSIK UND NANOTECHNOLOGIE

© Lena Wöhler/LUH
Mit Spaß und guter Stimmung: Betreuer und Teilnehmerinnen des Girls Day am Einstein-Elevator

GIRLS´DAY AM EINSTEIN-ELEVATOR UND IM LENA

Der jährlich stattfindende Aktionstag Girls´Day soll bei Schülerinnen die Begeisterung für naturwissenschaftliche Fächer stärken. Auch der Exzellenzcluster QuantumFrontiers engagiert sich seit seinem Start für die Nachwuchsförderung und hat deshalb auch dieses Jahr wieder einige Labore geöffnet. Am Einstein-Elevator der Leibniz Universität Hannover und am LENA (Laboratory for Emerging Nanometrology) der TU Braunschweig haben am 28. April insgesamt 20 Mädchen (und drei Jungs) im Alter von 11 bis 17 Jahren Einblicke in die Arbeit an modernen physikalischen Forschungsinstituten erhalten.

Der Einstein-Elevator am Hannover Institute of Technology (HITec) ist eine 40 Meter hohe, weltweit einzigartige Fallturm-Anlage. Das äußerlich unscheinbare Gebäude steckt bis unter die Decke voll mit hochmoderner Technik. Aus dem Keller kann eine Experimentierkapsel in die Höhe geschossen und kontrolliert fallen gelassen werden, wobei für vier Sekunden ein Zustand der Schwerelosigkeit entsteht. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können auf diese Weise Forschung im Weltall simulieren ohne Raketen ins All schießen zu müssen.

Professionell angeleitet von erfahrenen Ingenieure des Maschinenbaus und der Elektrotechnik konnten die Schülerinnen am Girls´Day selbst ein kleines Experiment zur Schwerelosigkeit vorbereiten und durchführen. Untersuchungsobjekte waren zahlreiche selbst aus Lego-Steinen gebaute Astronautinnen und Satelliten, welche in eine Metallbox innerhalb der Experimentierkapsel gesetzt wurden. Ganz nebenbei lernten Schülerinnen dabei, was alles zur Durchführung eines solchen Experiments nötig ist und erhielten einen realistischen Einblick in den Forschungsalltag – von der Kalibrierung der Messgeräte, über die exakte Ausrichtung der Kapsel im Fallturm und die Notwenigkeit strenger Sicherheitsvorkehrungen.

© Lena Wöhler / LUH
Die Untersuchungsobjekte werden selbst gebaut.
© Lena Wöhler / LUH
Kurz vor dem Start in die Schwerelosigkeit.

Wie im Film: Die Kapsel startet nur, wenn zwei Knöpfe zugleich gedrückt werden

Den eigentlichen Flug der Forschungskapsel und die Schwerelosigkeit ihrer Untersuchungsobjekte verfolgte die Gruppe aus dem Kontrollraum. Aus Sicherheitsgründen müssen für den Kapselstart zwei einige Meter voneinander entfernte Knöpfe gleichzeitig gedrückt werden. Zur großen Freude der Nachwuchsphysikerinnen durften sie diese filmreife Aktion inklusive Countdown übernehmen. Über eine mitfliegende Webcam konnten sie dann live beobachten, wie die Lego-Besatzung zunächst in den Zustand der Schwerelosigkeit kam, einige Sekunden schwebte und schließlich Großteils daran scheiterte, wieder auf den Füssen zu landen. Gemeinsam diskutierten sie anschließend, wie das Experiment im Falle einer Wiederholung verbessert werden könnte – genau so, wie es erwachsene Forscherinnen und Forscher auch tun.

Am Ende des Tages zeigten sich die Schülerinnen begeistert von ihrem Besuch. Einige gaben zu, dass Physik sonst nicht unbedingt zu ihren Lieblingsfächern gehört. Vielleicht konnte der Girls´ Day einen kleinen Teil dazu beitragen, dass sich das ändert.

MOLEKULARES LEGO IM LENA

Am LENA der TU Braunschweig lernten die Schülerinnen verschiedene Aspekte der Nanotechnologie und -analytik kennen: Sie durften selbst experimentieren und mit verschiedenen Methoden wie Zentrifugation, Pipettieren oder Gel-Elektrophorese eigene Nanostrukturen aus DNA vorbereiten. Diese sogenannten DNA-Origamis können als molekulares Lego angesehen werden, da auf diese Weise quasi beliebige zwei- und dreidimensionale Strukturen hergestellt werden können, auf denen auch andere kleine Moleküle wie Farbstoffe, metallische Partikel oder auch Proteine mit Nanometerpräzision angeordnet werden können. Da diese Nanostrukturen wegen ihrer Größe von um die hundert Nanometern nicht per Auge sichtbar sind, müssen spezielle Methoden zur Analytik verwendet werden.

© Birka Lalkens/TU BS
Mit dem STED-Mikroskop können Strukturen im Nanometermaßstab untersucht werden.

Eine Möglichkeit bietet das fluoreszenzbasierten STED-Mikroskop, dessen Erfindung 2014 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurde. Mit diesem Gerät können extrem kleine Strukturen unterhalb des optischen Beugungslimits untersucht werden. Dazu werden Farbstoffe gezielt an- und ausgeschaltet, so dass das optische Beugungslimit überwunden wird. An diesem Mikroskop haben die Schülerinnen verschiedene Strukturen untersucht.