Max-Planck war der Begründer der Quantentheorie und gewann 1918 den Nobelpreis für Physik. 30 Jahre später wurde die Max-Planck-Gesellschaft gegründet, mit dem Hauptziel, Grundlagenforschung in eigenen Instituten durchzuführen und zu fördern. Heute gibt es nun 84 Institute in Deutschland und 4 davon befinden sich in Heidelberg. Am Freitag den 12.06, der letzte Schultag in unserem Schuljahr, besuchten wir (PL25) dort das Max-Planck-Institut für Kernphysik, welches 1958 gegründet wurde.

Wir trafen uns um 9:45 Uhr vor Ort an der Pforte und nach der Anmeldung wurden wir herzlichst von Frau Hubele empfangen. Daraufhin machten wir uns auf dem Weg zum großen Hörsaal, welcher sich in einem von insgesamt fünf Gebäuden befindet, um einen Willkommensvortrag zu hören. Es wurden einige Grundlagen bezüglich des Atomkerns, sowie das Standardmodell der Elementarteilchen erklärt. Um zu verstehen was genau am Institut und in der Kernphysik gemacht wird, wurden uns einige Forschungsfragen erläutert. Wie bilden sich Moleküle im Weltraum? Welche Rolle spielt die Zeit im Quantensystem? Wie sieht das Universum bei den höchsten Energien aus warum gibt es kaum Antimaterie im Weltall? Zu diesen Fragen gibt es am Institut und weltweit diverse Experimente und einige davon durften wir uns anschauen.

Unser erster Stopp war das XENONnT-Experiment (Bild1). Hierbei wird untersucht, wie man dunkle Materie nachweisen könnte. Wobei man allerdings beachten muss, dass neben möglicher dunkler Materie auch andere Strahlung herrscht. Aus diesem Grund wurde das Experiment in Italien in einem nicht fertig gebauten Tunnel aufgebaut, um so eine sehr große Abschirmung zu erreichen. Das Experiment läuft seit 18 Jahren, bisher hat man noch nichts entdeckt, allerdings wird der Bereich, den man noch untersuchen muss, immer weiter eingegrenzt und viele sind guter Dinge, dass man in den kommenden Wochen, Monaten oder Jahren auf positive Ergebnisse erwartet. Im Inneren steht ein Tank mit flüssigem Xenon, welcher in den vergangenen Jahren von zuerst 100kg zunächst auf 1 Tonne, dann auf 8 Tonnen vergrößert wurde.
Danach haben wir uns ein Modell des CT5-Teleskops von H.E.S.S angeschaut (Bild 2), welches in Namibia steht. Dieses Teleskop wird genutzt, um nach hochenergetischem Licht zu schauen. Dies erfordert eine Kamera, die innerhalb von 0,000000000001 s ein Bild machen kann, dieses speichert und unbrauchbare Bilder direkt aussortiert.

Unser dritter Stopp war der CSR, der Cryogene Speicher Ring (Bild 3 & 4). Dies ist der einzige cryogene (cryogen = „Kälte erzeugend“) Speicherring für Ionen. Die Idee dahinter ist, dass die Bedingungen des Weltalles nachgebildet werden, also muss das Innere des Rings bei 3K (-270,15°C) sein, also kurz vorm absoluten Nullpunkt, bei dem sich kein Teilchen mehr bewegen würde. Der Grund dahinter ist, dass Wissenschaftlern aufgefallen ist, dass bei chemischen Reaktionen im Weltall, die Anzahl diverse Produkte nicht mit der Erwartung übereinstimmen, also nicht mit der Anzahl der Produkte auf der Erde bei der gleichen chemischen Reaktion. Es wird also vermutet, dass bei dieser enormen Kälte und dem daraus resultierenden Fehlen von Schwingungen und Rotationen die Chemie andere Wege einschlägt. Für 3 bis 4 Monate läuft das Experiment im Winter 24/7, da die Elektronik sehr warm wird und es somit im Sommer zu Überhitzungen kommen könnte. Eine Woche Inbetriebnahme erzeugt 10-12tsd € Stromkosten.
Unser letzter Stopp war eine elektrostatische Ionenstrahlfalle innerhalb einer Vakuum-Kammer (Bild 5). Hier wird untersucht wann, wo und mit welcher Geschwindigkeit ein Elektron aufkommt, zu dem lassen sich ebenfalls Rückschlüsse darüber ziehen, wo sich das Elektron vorher befindet hat. Im Aufbau enthalten (von links nach rechts) sind eine Überstrahlpumpe, eine Turbomolekularpumpe, ein Flugzeit-Spektrometer, ein Plattenventil, eine Helmholtz-Spule, sowie ein Faraday-Becher. Angeschlossen wird eine Gasflasche mit zum Beispiel CO, hier muss man besonderen Wert auf Sicherheit legen. Aufgrund des Vakuums in der Kammer wird dann das Gas automatisch hineingezogen und es entsteht ein möglichst dünner Gasstrahl.

Wir wurden im Institut sehr herzlich empfangen. Die Mitarbeitenden nahmen sich viel Zeit, uns alle Experimente ausführlich und anschaulich zu erklären, was den Besuch besonders interessant gemacht hat. An dieser Stelle möchten wir uns herzlich für die freundliche Betreuung und die spannenden Einblicke bedanken. Ein Besuch ist zu empfehlen für jeden der sich für diese Themen interessiert.

Autor: Antonia Matheis
Fotografen: Manuel Eppel & Fr. Dr. Simone Wolff