Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA)
Enthüllung von Geheimnissen in der Teilchenphysik
Wir haben das Higgs-Boson gefunden, aber wo sind alle anderen neuen Teilchen? Der Large Hadron Collider (LHC) am CERN war ein bemerkenswerter Erfolg. Sein Höhepunkt, die Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012, vervollständigte das Standardmodell grundlegender Teilchenwechselwirkungen. Die Teilchenphysik erwartet jedoch, dass die Ära der noch tieferen Entdeckung gerade erst beginnt. In diesem Vortrag werde ich die aktuelle Landschaft der Teilchenphysik beschreiben, erklären, warum LHC-Physiker so begeistert von den möglichen Entdeckungen des leistungsstärkeren LHC sind, und Einblicke in eine mögliche Roadmap für die Teilchenphysik jenseits des LHC geben.
Zur Person
Markus Klute ist Professor für Physik am MIT. Er hat in Bonn an der Rheinischen Friedrich-Wilhems-Universität studiert und schloss dort im Jahre 2004 seine Promotion im Bereich der experimentellen Teilchenphysik ab. Einen großen Teil seiner Promotionszeit verbrachte er an den Forschungszentren CERN in der Schweiz und dem Fermilab in den USA. Auch nach der Promotion zog es ihn in die USA mit einer Wissenschaftlerstelle am MIT. Im Jahre 2007 erhielt er einen Ruf an die Georg-August-Universität in Göttingen, bevor er 2009 als Professor ans MIT zurückkehrte. Im Mittelpunkt seiner wissenschaftlichen Arbeit stand die Entdeckung des Higgs-Bosons und steht nun die Untersuchung dieses sonderbaren Teilchens.
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
Alumna des Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA)
Vom Wetter zum Klima: Was kann eine Vorhersage?
Immer häufiger ist von extremen Wetterereignissen die Rede, von Hitzewellen und Stürmen. Die Auswirkungen solcher Ereignisse auf die Natur und die Gesellschaft sind oft schwerwiegend. Der Klimawandel kann Extremereignisse sogar noch verstärken. Aber auf welchen Zeitskalen können Vorhersagen von Extremereignissen gemacht werden? Während uns die Wettervorhersage vertraut ist, stecken langfristigere Vorhersagen von Wochen bis Monaten noch in den Kinderschuhen, haben aber viel Potenzial. Gleichzeitig werden Klimaprognosen immer relevanter. Dieser Vortrag gibt einen Einblick in den aktuellen Stand der Wissenschaft in der Wetter- und Klimavorhersage, zeigt die Herausforderungen und Möglichkeiten auf und stellt diese in den Zusammenhang unserer eigenen Wahrnehmung von Wetter und Klima.
Zur Person
Daniela Domeisen studierte Physik an der ETH Zürich und die Auswirkungen des Klimas auf die Gesellschaft an der Columbia University in New York. Sie promovierte am MIT zur Fluiddynamik der Atmosphäre, gefolgt von Forschungsaufenthalten in den USA und in Deutschland. In London arbeitete sie für ein Finanzunternehmen zur Vorhersage von Rohstoffpreisen im Zusammenhang mit Wetter- und Klimaphänomenen, gefolgt von einer Juniorprofessur am GEOMAR Helmholtz Zentrum für Ozeanforschung in Kiel. Seit 2017 hat sie eine Assistenzprofessur an der ETH Zürich inne. Sie ist Expertin für langfristige Vorhersage am Übergang vom Wetter zum Klima, Extremereignisse sowie globale Zusammenhänge im Klimasystem.
¹ Leiter des Labors für instrumentelle Analytik und des Schülerlabors Mobile Analytik, Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Hamburg
² Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Department Biotechnologie, Hochschule für angewandte Wissenschaften, Hamburg
Eigenanfertigung von Photometern
Dieser Workshop stellt ein mit dem Handy bedienbares Photometer vor, das konzeptionell so gestaltet worden ist, dass es auch mit Schülerinnen und Schülern nachbaubar ist (siehe dazu auch hier und hier).
Nach einer Einführung in die Grundkonzepte der photometrischen Konzentrationsbestimmung von Flüssigkeiten wird von den Teilnehmenden aus einem vorgefertigten Elektronikbausatz ein solches Photometer hergestellt. Anschließend wird mit Lebensmittelfarbstoffen experimentiert. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer brauchen ein WiFi-fähiges Endgerät mit Webbrowser (Smartphone, Tablet-Computer etc.) und ein USB-Ladegerät mit Micro-USB Anschluss sowie für die Durchführung der Experimente Wasser (am besten demineralisiert), Saugpapier und einen feuchtigkeitsunempfindlichen Tischbelag.
Mögliche Anwendung können im Anschluss (z.B. Ammoniummessung in Regenwasser; NOx-Messung Luft) diskutiert werden.
Zu den Personen
Olaf Elsholz studierte an der TU Berlin Chemie und promovierte dort auf dem Gebiet der instrumentellen analytischen Chemie. 1990 war er für die Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung (BAM) am Kenian Bureau of Standards (KBS) in Nairobi tätig und trat danach eine Position als Laborleiter an der Umweltbehörde Hamburg an. 1993 wechselte er zunächst an die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover und wurde im gleichen Jahr als Professor für Analytische und Umweltchemie an die Fachhochschule Hamburg (jetzt HAW Hamburg) berufen. Dort ist er u.a. seit 2000 Leiter des Labors für instrumentelle Analytik.
Ulrich Scheffler studierte Bioingenieurwesen an der FH Hamburg und war nach dem Studium in der Elektronik- und Softwareentwicklung tätig. Seit 1995 ist er in den Aufbau und die Weiterentwicklung des Labors für Bioprozessautomatisierung als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Department Biotechnologie der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg eingebunden. In seiner Forschungstätigkeit ist Herr Scheffler unter anderem als Experte für Systemintegration, d. h. der Verknüpfung von eigenständigen Mess- und Automatisierungsrechnern mit den Prozessleitsystemen der Bioreaktionstechnik zuständig. Weiterhin ist er in zahlreiche Studien-, Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten sowie Industriepartnerschaften und unabhängige Entwicklungsprojekte der Mess- und Automatisierungstechnik in der Biotechnologie involviert. In diesen Projekten wird intensiv von den Möglichkeiten aktueller Mikrocontroller-Plattformen wie Raspberry Pi oder Arduino Gebrauch gemacht.
DLR@Home_School_Lab: Mit Raketen in die Schwerelosigkeit
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist das Forschungszentrum der Bundesrepublik Deutschland für Luft- und Raumfahrt. Seine umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt, Raumfahrt, Energie, Verkehr, Sicherheit und Digitalisierung sind in nationale und internationale Kooperationen eingebunden. Als der mitarbeiterstärkste Standort des DLR zählt das Gelände in Oberpfaffenhofen bei München zu den größten Forschungszentren in Deutschland. Seine Schwerpunkte sind unter anderem die Beteiligung an Weltraummissionen, die Klimaforschung, die Erdbeobachtung, der Ausbau von Navigationssystemen und die Weiterentwicklung der Robotertechnik.
Im DLR_School_Lab Oberpfaffenhofen werden Schülerinnen und Schüler altersgerecht an ausgewählte Themen aus den Forschungsbereichen des DLR-Standortes herangeführt – bisher ganz real vor Ort und seit neuestem auch online. Unser Workshop nimmt Sie mit auf eine virtuelle Reise ins All zur internationalen Raumstation ISS. Dabei erleben sie aus der Schülerperspektive das neue online-Angebot des Schülerlabors und erhalten Einblicke in spannende Raketenexperimente und eine live-Führung ins Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum.
Zur Person
Tobias Schüttler studierte Physik und Mathematik Lehramt an Gymnasien an der LMU München, wo er 2007 die erste Staatsprüfung absolvierte. Nach dem Referendariat arbeitete er bis 2015 als Studienrat an einem Gymnasium im Landkreis München. Seit 2015 ist er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an den Lehrstuhl für Didaktik der Physik der LMU abgeordnet. Bereits seit 2003 engagierte er sich im DLR_School_Lab Oberpfaffenhofen und war erst als studentische Hilfskraft und später in Teilabordnung am Aufbau und der Entwicklung des Schülerlabors beteiligt, welches er seit 2019 leitet. Seine Forschungsinteressen sind das Lernen von Naturwissenschaften in Schülerlaboren und im Raumfahrtkontext, Satellitennavigation und Begabtenförderung.
Google Vision Kit: Machine Learning und Künstliche Intelligenz
Maschinelles Lernen oder Künstliche Intelligenz ist derzeit in aller Munde und wird wohl unser aller Leben in Zukunft beeinflussen. Schon heute sind in vielen alltäglichen Produkten intelligente und lernende Algorithmen im Einsatz und vereinfachen unsere Abläuft – oft ohne dass wir es merken. Unter der URL: https://teachablemachine.withgoogle.com/ kann jeder mit ein paar Mausklicks das Prinzip des maschinellen Lernens selbst erleben.
In diesem Workshop wollen gemeinsam eine intelligente Kamera bauen, welche Objekte identifizieren kann. Hierfür verwenden wir Modelle mit künstlicher Intelligenz die uns über Cloud Dienste bereitgestellt werden.
Wir verwenden eine Raspberry PI basierte Experimentier-Plattform und bauen alles selber zusammen. Das Ergebnis wird verblüffen und Lust auf mehr machen.
Mehr Informationen unter: https://aiyprojects.withgoogle.com/vision
Zur Person
Markus Mühlbauer studierte bis 1999 Wirtschaftsinformatik an der FH München. Während der Studienzeit war er im Jahre 1996 Mitgründer eines Service Anbieters für Mobile Nachrichten Dienste und mobiles Bezahlen in München. Als CTO war er für die technische Entwicklung der Mobilfunkbetreiber Netzwerkanbindungen, den Aufbau der Rechenzentren sowie die Umsetzung der SMS Mehrwert-Dienste und Bezahldienste verantwortlich.
Aufgrund der Positionierung dieser Firma als Marktführer im Mobilfunk Dienstleister Segment wurde das Unternehmen von Google im Jahr 2005 übernommen. Seit diesers Zeit ist Markus Mühlbauer als Software Entwicklungsleiter in unterschiedlichen Aufgabenfelder tätig. Seit 2011 übernahm er die Rolle als Leiter für ein Produkt Management Team bei Google in München.
Daneben engagiert sich Markus Mühlbauer in der technischen Aus- und Weiterbildung für Kinder und Jugendliche im Rahmen der Fraunhofer Roberta Initiative.
phyphox – Experimentieren mit Smart Devices
Praktisch alle Jugendlichen besitzen Smartphones, die beachtlich leistungsfähig und mit einer
großen Bandbreite von Sensoren ausgestattet sind. Mit der kostenlosen App phyphox verwandeln
sie sich in hochwertige mobile Labore. Diese Möglichkeiten bieten zu einem gewissen Grad auch
Tablets.
Im Workshop werden eine praktische Einführung in die App geboten und kurz auf die technischen
Hintergründe eingegangen. Gemeinsames Experimentieren mit einfachen Materialien zeigt die
verschiedenen Möglichkeiten zum Einsatz von Smart Devices im Rahmen des Physikunterrichts.
Hierfür bitten wir, phyphox vorab auf dem Smartphone zu installieren, z.B. via phyphox.org.
Dies eröffnet aus didaktischer Sicht völlig neue Chancen abseits der typischen Physiksammlung –
mit besonderer Bedeutung in diesem seltsamen Jahr.
Zu den Personen
Dr. Sebastian Staacks schloss seine Promotion in der experimentellen Festkörperphysik am II.
Physikalischen Institut A der RWTH Aachen University mit einer Dissertation zur Spinkohärenz
und Spindynamik in Zinkoxid Mitte 2014 ab. Im Anschluss beschäftigte er sich mit der Ende 2016
veröffentlichten Experimentier-App „phyphox“ und widmet sich als Akademischer Rat an der
RWTH Aachen dem Einsatz digitaler Werkzeuge in der Physiklehre. Seine Arbeit um phyphox
wurde vom Verband zur Förderung des MINT-Unterrichts (MNU) mit dem Archimedespreis (2019),
von der AG Physikalische Praktika der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) mit dem
Wilhelm-Westphal-Lehrpreis (2019) und zuletzt vom Stifterverband zusammen mit der DPG und
weiteren mit dem Ars Legendi Fakultätenpreis (2020) ausgezeichnet.
Jens Noritzsch diplomierte 1999 an der Universität Dortmund und forschte dort sowie an der
Ruhr-Universität Bochum bis 2010 in der Phänomenologie der Hochenergiephysik. Von 2009 bis
2013 unterrichtete er zunächst Physik, dann auch Mathematik an nordrhein-westfälischen
Gymnasien. Von 2014 bis 2020 arbeitete er im Bildungsmarketing bei der Casio Europe GmbH
und bildete unter anderem Lehrkräfte zum Technologieeinsatz fort. Seit April ist er Referent für
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit für phyphox am II. Physikalischen Institut A der RWTH Aachen
University.
Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz
Professor für Theoretische Physik, Johannes-Gutenberg-Universität, Mainz
Von fleischlichen und veganen Würsten – eine Physikersicht
Kommt ein Physiker in eine Metzgerei und blickt staunend in die Auslage: Würste vom Schwein, Kalb, Geflügel, Brüh-, Koch-, Streichwürste, aus Fleisch, Fett, Innereien, Wasser, aus Erbsen-, Soja- und Lupinenproteinen. Er stellt sich die Frage: Kann man solche komplexen „Materialien“ überhaupt verstehen? Er kauft ein Sortiment, bringt es ins Labor und geht den physikalischen Eigenschaften der schmackhaft weichen Materie auf den Grund. Auf der Suche nach universellen Zusammenhängen, die ihm Sensorik, orales Prozessieren im Mund, Bruchverhalten, Rheologie, Mikroskopie, Kalorimetrie und Tribologie vorschlagen, fällt es Physikern wie Schuppen von den Augen: die komplexe Welt der Lebensmittel ist dominiert von multiskaliger, prozessabhängiger Nichtgleichgewichtphysik, erzwungenen Strukturen, von konkurrierenden Wechselwirkungen und hierarchischen Längenskalen. Dabei wird rasch klar, warum die Großväter der Metzger früher „bessere“ Würste fertigen konnten und was vegetarischen und veganen „Ersatzprodukten“ oft fehlt: wohldosiertes molekulares Feintuning auf Nanoskalen, denn dort wird weit mehr über kulinarische Akzeptanz oder Ablehnung entschieden, als man gemeinhin glaubt.
Der Vortrag entführt damit in die Physik der Proteine und Fette sowie in die Eigenschaften von elastischen und plastischen Emulsionen – und somit in das spannende Gebiet der Physik von „essbarer weicher Materie“. Ganz nebenbei klären die physikalischen gewonnenen Einsichten manch grundsätzliche und kontrovers (und ideologisch) diskutierte Fragen der „Ernährung“.
Zur Person
Prof. Dr. Thomas A. Vilgis diplomierte und promovierte in Physik in Ulm, habilitierte in Mainz in Theoretischer Physik und arbeitete in Cambridge, London und Strasbourg. Er ist Professor an der Universität Mainz. Am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz leitet Vilgis eine Arbeitsgruppe zur statistischen Physik weicher Materie sowie eine experimentelle Gruppe zur „soft matter food science“. Vilgis publizierte über 300 wissenschaftliche Arbeiten in der Fachliteratur zur Physik der weichen Materie und zur molekularen Lebensmittelphysik. Er ist Herausgeber der Zeitschrift „Journal Culinaire – Kultur und Wissenschaft des Essens“, Autor zahlreicher Bücher zur Naturwissenschaft des Kochens und der Physik und Chemie der Lebensmittel. Das Werk „Aroma – die Kunst des Würzens“ wurde mit der „Goldenen Feder“ der Gastronomischen Akademie Deutschlands ausgezeichnet.
Die Bundeskonferenz Schule MIT Wissenschaft 2020 hat am 13. und 14. November in München stattgefunden. Sie wurde in diesem Jahr pandemiebedingt als Online-Konferenz durchgeführt.
Es konnten sich bundesweit alle interessierten Lehrkräfte der Naturwissenschaften und Technik bewerben.
Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft, Berlin
Die Rolle von Stammzellen und Krebsstammzellen
Jedes unserer Gewebe und Organe enthält Stammzellen. Stammzellen können sich laufend erneuern und gleichzeitig differenzierte Zellen, wie z.B. Neuronen, Blut- oder Herzzellen bilden durch den Prozess der asymmetrischen Teilung. Stammzellen sind essentielle Bausteine unserer Entwicklung und unseres adulten Lebens.
Experimentell werden die Stammzellen aus der inneren Masse der Blastozyste gewonnen, aber auch bereits ausdifferenzierte Zellen können durch einen Transkriptionsfaktor-Cocktail zurück in das Stammzellstadium versetzt werden.
Vor einigen Jahren wurde entdeckt, dass es auch in Tumoren Tumorstammzellen gibt, die in verschiedenen Tumoren mit 0,1 bis 2% Häufigkeit auftreten. Wie die gesunden Stammzellen besitzen Tumorstammzellen die Fähigkeit zur Selbsterneuerung und können in alle Zellen des Tumors differenzieren. Tumorstammzellen sind häufig die Ursache für Therapieresistenz und Rückkehr der Krebserkrankung. In unserem Labor erforschen wir die Unterschiede zwischen zellulären Signalwegen in Tumorstammzellen und denen in anderen Tumor- und Normalzellen. Die Unterschiede nutzen wir, um personalisierte Krebstherapien entwickeln zu können.
Zur Person
Walter Birchmeier diplomierte in Biologie an der Universität Zürich (1973). Nach Postdoc-Jahren an der Cornell University Ithaca, dem Biozentrum Basel und der University of California in San Diego wurde er Laborleiter am Max-Planck-Institut Tübingen (1982) und ordentlicher Professor an der Medizinischen Hochschule Essen (1988). Seit 1993 ist er am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Berlin tätig. Er war von 04/2004 bis 12/2008 Direktor des Max-Delbrück-Centers und ist Professor an der Charité/Humboldt-Universität Berlin. Seine Hauptforschungsinteressen waren die Rolle der Zelladhäsion und Signaltransduktion bei der Entwicklung und Progression von Tumoren.
Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA)
Auf der Suche nach den ältesten Sternen
Wenn man in einer mondlosen Nacht spazieren geht, kann man unzählige Sterne am Himmel sehen. Einige dieser Lichtpunkte scheinen schon seit 13 Milliarden Jahren. Dies sind die ältesten noch lebenden Objekte des Universums, welches selbst 13,8 Milliarden Jahre alt ist. Die „Stellare Archäologie“ hat als Ziel, diese extrem seltenen Sterne zu finden.
Die chemische Zusammensetzung dieser Sterne ergibt, dass sie nur Spuren von Elementen in sich enthalten, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind. Das liegt daran, dass sie in einer Zeit geboren wurden, als es von schwereren Elementen, wie z.B. Kalzium oder Eisen, noch nicht viel gab. Dies bietet somit die Möglichkeit, lokale Milchstraßensterne für die Erforschung der Frühzeit des Universums zu benutzen, denn die ersten schwereren Elemente wurden von den allerersten sehr massereichen Sternen kurz nach dem Urknall synthetisiert und dann während ihrer Supernova-Explosionen ins All geschleudert. Diese chemischen Fingerabdrücke wurden den Sternen der nächsten Generation dann bei ihrer Entstehung aus riesigen Gaswolken mitgegeben. Diese viel leichteren Sterne sind auch heute noch beobacht- und analysierbar; ihre Zusammensetzung verrät uns Wesentliches über die ersten Nukleosyntheseprozesse, die chemische Entwicklung der Milchstraße sowie die Stern- und Galaxienentstehung.
In diesem Vortrag wird u.a. der Entdeckungsprozess von einigen der ältesten Sterne mit den Großteleskopen dargelegt. Mit Videos über das Beobachten mit den 6,5-Meter-Magellan-Teleskopen in der Atacama-Wüste in Chile wird ein einzigartiger Einblick in die Arbeit von Astronomen gegeben.
Zur Person
Anna Frebel ist Associate Professor am Department für Physik des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge (Massachusetts), USA. Die gebürtige Deutsche erwarb 2007 ihren Doktortitel in Astronomie und Astrophysik von der Australischen Nationaluniversität, wo sie am Mt. Stromlo Observatorium forschte. Mit renommierten Stipendien arbeitete sie daraufhin als Postdoktorandin an der Universität von Texas in Austin und am Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik in Cambridge, Massachusetts. Seit 2012 ist Frebel am MIT als Professorin tätig. Sie ist eine international führende Expertin der Stellaren Archäologie und Nahfeldkosmologie. Diese Gebiete beschäftigen sich mit dem Studium 13 Milliarden Jahre alter Sterne, um darüber die physikalischen und chemischen Bedingungen des frühen Universums sowie den Ursprung der Elemente und die Entstehung unserer Milchstraßengalaxie zu verstehen.
Für ihre Forschungsergebnisse zur chemischen Entwicklung und zu den Entdeckungen der ältesten bekannten Sterne hat Frebel viele Auszeichnungen und Preise erhalten, wie z.B. 2007 den Charlene-Heisler-Preis (Astronomische Gesellschaft von Australien), 2009 den Ludwig-Biermann-Förderpreis (Deutsche Astronomische Gesellschaft) und 2010 die Annie-Jump-Cannon-Auszeichnung (Amerikanische Astronomische Gesellschaft). 2013 wurde ihr der CAREER Award der Nationalen Wissenschaftsstiftung der USA verliehen. 2016 wurde sie in die Liste der zehn vielversprechendsten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des ScienceNews Magazine aufgenommen.
Weiterhin gibt Frebel regelmäßig Seminare zu professionellem Career Development und Leadership Training (meist) für Frauen in der Wissenschaft, hält Vorträge und schreibt Artikel, um die Astronomie der Öffentlichkeit nahezubringen. Dies ist auch das Anliegen ihres populärwissenschaftlichen Buches „Auf der Suche nach den ältesten Sternen“ (S. Fischer Verlag).
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Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA)
¹ Leiter des Labors für instrumentelle Analytik und des Schülerlabors Mobile Analytik, Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Hamburg
DLR_School_Lab, Oberpfaffenhofen
Google, München
¹ Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz
Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft, Berlin
Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA)