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Schüler*innen des Leistungskurses Physik an der Uni Bielefeld

Am 14.06. besuchten acht Schüler*innen (aufgrund der zeitgleich stattfindenden Hamburg-Exkursion der Geographie weniger als die Hälfte des Kurses) des LKs Physik der Q1 die Fakultät für Physik der Universität Bielefeld.

Morgens nahmen wir zunächst an der Vorlesung „Einführung in die Physik II“ von Herrn Prof. Huser teil; auf dem Programm standen das Faradaysche Induktionsgesetz, die Selbstinduktion und einige Experimente dazu. Vieles davon kam den Schüler*innen dabei schon aus der Schule sehr bekannt vor, wenn auch der Thomson-Ring, einmal mit flüssigem Stickstoff auf -196 °C herunter gekühlt, sehr viel höher sprang als bei uns im Fachraum das Pendant aus dem Gefrierfach, und auch die Kunst der Levitation (des Zum-Schweben-Bringens von Gegenständen) beherrschen wir im Vergleich nur sehr unvollkommen.

Anschließend führten uns Herr Dr. Pilger und Frau Schürstedt durch ihre Labore im Arbeitskreis von Herrn Huser, der „Biomolekularen Photonik“. Im CARS-Labor wurde uns ein beeindruckendes, einen ganzen optischen Tisch füllendes Laser-Experiment gezeigt, in dem mithilfe sog. Raman-Streuung hochauflösende Aufnahmen von biologischer Materie gemacht werden können: Moleküle kann man sich vereinfacht wie eine Anordnung von Atom-„Fußbällen“ vorstellen, die durch Federn (die chemischen Bindungen) zusammengehalten werden. Durch die Laserstrahlung werden diese Bindungen zu Schwingungen angeregt, und diese Energietransfers kann man messen. Herr Pilger und Andere arbeiten daran, einen solchen Aufbau zu miniaturisieren, so dass er bald auch z.B. von Ärzten genutzt werden kann. Bei der Doktorandin Frau Schürstedt konnten wir sehr präzise anatomische Aufnahmen z.B. eines Mäuseherzens und einer Zecke bestaunen, die durch Autofluoreszenz nach Anregung mit rotem Licht entstanden. Das Prinzip ist dasselbe wie bei der Röntgen-Tomographie, nur eben mit sichtbarem Licht.

Mittags holten uns Prof. Anselmetti und Dr. Walhorn vom AK „Biophysik und Nanotechnologie“ zum Essen in die neue Mensa. Im Anschluss daran präsentierte Herr Walhorn den Schüler*innen die Experimente im AFM-Labor. AFM steht für „Atomic Force Microscopy“, zu Deutsch: „Rasterkraftmikroskopie“, ein Verfahren, bei dem eine an einem sog. Cantilever (Balkenfeder) hängende Spitze aus idealerweise nur wenigen Atomen über eine Oberfläche gerastert wird und die zwischen der Spitze und der Oberfläche herrschenden physikalischen Kräfte – die man in der Schule z.B. aus der Chemie kennt, z.B. die berühmten van-der-Waals-Wechselwirkungen – durch die Auslenkung der Balkenfeder registriert werden. Dabei kann so ein Cantilever, je nach Verarbeitung, bis zu hundert Euro pro Stück kosten (weshalb AFM definitiv nicht mit dem Jahres-Etat unserer schulischen Physiksammlung vereinbar ist). Auch mit dieser Technik sind hochauflösende, das sog. Beugungslimit optischer Mikroskopie (mit den Lichtmikroskopen an der Schule kann man z.B. keine DNA-Fäden sehen!) durchbrechende Aufnahmen möglich, was z.B. durch die Aufnahme von Tabakmosaikviren auf einer wenige Nanometer rauen Oberfläche demonstriert wurde (Dank an Frau Fjodorova). Mit dieser Technik kann man bis auf einzelne Atome „hinunter“, dazu muss man allerdings etwas mehr Aufwand betreiben und das ganze Verfahren in eine Ultrahochvakuum-Apparatur einbetten, wie sie uns ebenfalls gezeigt wurde. Einen solchen UHV-Raum auf den gewünschten („Unter-“) Druck von ca. einem Milliardstel Hektopascal (zum Vergleich: normaler Luftdruck: p = 1013 hPa) zu bringen, benötigt mehrere Tage!

Unser herzlicher Dank geht an Frau Fjodorova, Frau Schürstedt, Herrn Anselmetti, Herrn Huser, Herrn Pilger und Herrn Walhorn für diese Chance, einmal echte Forschungslabore von innen sehen zu dürfen.

Text und Bilder: Hr. Dr. Eckel