Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching, Deutschland
Ludwig-Maximilians-Universität München, Deutschland
Schnellste Vorgänge im Mikrokosmos: Von der Grundlagenforschung bis hin zur Krebsbekämpfung
In unserem Leben spielen Elektronen eine elementare Rolle. Ihre Bewegungen steuern alle chemischen Prozesse in der Natur. Ebenso bestimmen Elektronen die Geschwindigkeit unserer Computer- und Informationstechnologien. Bewegungen der Elementarteilchen und Lichtwellen bedingen sich gegenseitig auf der Zeitskala von Attosekunden, also Milliardstel von milliardstel Sekunden.
Um zu erkunden, was in so kurzen Zeiträumen im Mikrokosmos passiert, benötigt man Lichtblitze, die ebenfalls nur Attosekunden lang dauern. Solche Blitze wurden in der Arbeitsgruppe von Professor Ferenc Krausz in Wien im Jahr 2001 erstmals produziert. Diese Technologie ermöglicht es nun, in Echtzeit zu verfolgen, wie sich ultraschnelle Phänomene um die Kerne von Atomen herum abspielen.
In den letzten Jahren sind die Attosekunden-Technologien den Kinderschuhen entwachsen und zu verlässlichen Messtechniken gereift. Jetzt eröffnen sie neue Wege um etwa Krankheiten, wie Krebs, frühzeitig zu detektieren. Die Grundlage dafür bieten Messungen kleinster Veränderungen in der molekularen Zusammensetzung von Blut mittels direkten Abtastens ultraschnell schwingender elektrischer Felder, die durch angeregte Moleküle ausgesendet werden. In seinem Vortrag erklärt Ferenc Krausz, wie man mit Lasertechnologie Attosekunden-schnelle Vorgänge beobachtet und wie die Technologie innovative Wege in der Medizin eröffnet.
Zur Person
Prof. Ferenc Krausz …
Inhalte
In den MINT-Labs Regensburg können Schülerinnen und Schüler ab acht Jahren experimentieren und ausprobieren. Im Vordergrund stehen der Spaß und die Freude an allen Themen rund um MINT. Ob es um Technik geht, Elektronik, Handwerk, Mathematik, Pharmazie, Physik, Programmieren, Chemie, Biologie oder auch Kunst – die MINT-Labs haben Labore und Geräte, die den jungen Leuten zur Verfügung stehen, und ein Netzwerk von netten Menschen, die ihnen zur Seite stehen. In einem außerschulischen Rahmen wollen wir junge Menschen dazu ermutigen, sich auszuprobieren und Neues kennenzulernen. Dies kann vormittags mit einer Gruppe – z. B. einer Schulklasse – sein, oder nachmittags beim freien Arbeiten in kleinen und flexiblen Gruppen zu speziellen Themen. Doch wie begeistert man nun junge Menschen für MINT? Hier können Ansätze der Citizen Science helfen, in einem breiten Spektrum MINT-Themen anschaulich und interessant zu gestalten.
Sensorik, Programmierung, Design, Biologie, Elektronik und Physik – all das und mehr wird gebraucht, wenn man Projekte wie „Luftdaten.info“, „Fledermauszählungen“ oder den „OpenBikeSensor“ umsetzen möchte.
In unserem Workshop zeigen wir Ihnen die MINT-Labs und geben einen Einblick in die Vielfalt der Citizen Science und in die Möglichkeiten gerade für Schülerinnen und Schüler.
Referent_innen
MINT-Labs Regensburg e. V.
¹ Institut für Regenerative EnergieSysteme, Hochschule Stralsund
² Institut für Regenerative EnergieSysteme, Hochschule Stralsund
Wie macht man aus Sonnenlicht und Farbstoff Strom? – Experimente mit einer Farbsolarzelle
Wie kann man Schülerinnen und Schüler ganz praktisch an das Thema Photovoltaik heranführen und die Umwandlung von Licht in elektrische Energie eindrucksvoll verdeutlichen? Auf diese Frage bietet der Workshop des Institutes für Regenerative EnergieSysteme (IRES) der Hochschule Stralsund Antworten. Dabei soll der Bau einer Farbsolarzelle gemeinsam erprobt und mit verschiedenen Farbstoffen experimentiert werden. Mit dem Experiment können Schülerinnen und Schüler praktisch erfahren, wie Solarstrom aus Pflanzenfarbstoffen gewonnen wird.
Zu den Personen
Prof. Gulden forscht über Offshore Windenergiesysteme für die Wasserstoffversorgung und leitet und leitet das Institut für Regenerative EnergieSysteme
Er studierte Physik in Rostock, arbeitete dann am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg und promovierte an der dortigen Universität. Seit 2012 ist er an der Hochschule Stralsund zunächst als Projektmanager und später als Professor für Regenerative Energien tätig.
Liane Voss machte eine Berufsausbildung zur Vermessungstechnikerin und studierte später an der Hochschule Stralsund Regenerative Energien – Elektroenergiesysteme.
Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA)
Mathematik komplexer Systeme
Ein zentrales Thema in der Forschung von Jörn Dunkel ist die Entwicklung mathematischer Modelle zur Beschreibung und Vorhersage komplexer Strukturbildungsvorgänge in weichen Materialien und multizellulären Organismen. Von besonderem Interesse ist dabei die Entwicklung vielseitig einsetzbarer analytischer und numerischer Methoden, die es erlauben, sehr verschieden erscheinende Phänomene mittels ähnlicher mathematischer Gleichungen zu beschreiben. In seinem Vortrag wird Jörn Dunkel die zugrundeliegenden allgemeinen physikalischen und biologischen Prinzipien und Konzepte anhand einiger konkreter Beispiele aus der derzeitigen Forschungsarbeit veranschaulichen: Wie lassen sich Molekülbewegungen in Flüssigkeiten, Aktienkurse und bakterielle Dynamik in Biofilmen durch mathematisch verwandte Gleichungen modellieren? Wie kann uns Mathematik helfen, Strukturbildungsprozesse in der Embryonalentwicklung besser zu verstehen?
Zur Person
Prof. Dr. Jörn Dunkel ist Professor für Physikalisch-Angewandte Mathematik am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge. Nach seinem Studium der Physik und Mathematik an der Humboldt-Universität zu Berlin promovierte er am Institut für Physik der Universität Augsburg. Als Postdoc forschte Dunkel am Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics der Universität Oxford und am Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics der Universität Cambridge. Er wurde 2013 ans MIT in Cambridge berufen. Dunkel wurde mit verschiedenen Preisen ausgezeichnet, etwa mit dem Humboldt-Preis und dem Lise-Meitner-Preis der Humboldt-Universität zu Berlin, dem Erich-Krautz-Preis der Universität Augsburg, dem Gustav-Hertz-Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, dem Edmund F. Kelly Research Award des MIT und einem Complex Systems Scholar Award der James S. McDonnell Foundation.
HafenCity Universität Hamburg
Hamburg als Labor: Urbane Landschaften erforschen, entwickeln, gestalten
Das Fachgebiet Architektur und Landschaft der HafenCity Universität Hamburg beschäftigt sich mit landschafts-, natur- und wasserbezogenen Strategien des Bauens und der Metropolenentwicklung. Hamburg stellt ein perfektes Lehr- und Forschungslabor für die Entwicklung von landschaftsbezogenen Strategien des Bauens und der Metropolenentwicklung im Spannungsfeld von Klimawandel, Urbanisierungsdruck und Freiraumentwicklung dar: Wie sieht eine Stadtlandschaft aus, die Biodiversität fördert anstatt sie zu zerstören, die Hochwasser aufnimmt anstatt sich vor ihm abzuschotten, die Regenwasser versickert anstatt es abzuleiten, die Abkühlung schafft anstatt aufzuheizen? Anhand exemplarischer Lehr- und Forschungsprojekte vor Ort in Hamburg, aber auch international zeigt Antje Stokman die Anforderungen einer nachhaltigen Stadt- und Landschaftsgestaltung für die Zukunft auf.
Zur Person
Prof. Dipl.-Ing. Antje Stokman ist Professorin für Architektur und Landschaft an der HafenCity Universität Hamburg und Mitglied im STUDIO URBANE LANDSCHAFTEN – Plattform für Forschung, Praxis und Lehre. Sie lehrt und forscht an den Schnittstellen zwischen Landschaftsarchitektur, Ökologie, Umwelttechnik, Architektur und Stadtplanung mit dem Ziel, ökologische, infrastrukturelle, soziale und ästhetische Anforderungen bei der Gestaltung von Lebenswelten zu integrieren. In diesem Sinne gründete und leitete sie den Studiengang „Integrated Urbanism and sustainable Design“ sowie die interdisziplinären Forschungsinitiativen „Future City Lab_Stuttgart: Reallabor für nachhaltige Mobilitätskultur“ und die Plattform „1zu1 – Architektur als Social Design“ an der Universität Stuttgart, wo sie von 2010-2017 das Institut für Landschaftsplanung und Ökologie leitete. Für ihre Leistungen als Grenzgängerin zwischen Disziplinen, Institutionen und Ländern im Rahmen der Juniorprofessor an der Leibniz Universität (2005-2010) erhielt sie im Jahr 2009 den Wissenschaftspreis des Landes Niedersachsen und den Topos Landscape Award 2010.
Universität Hamburg
Gruppentheorie und Klassifikationen
Die Theorie der endlichen Gruppen beginnt mit wenigen Axiomen, die nicht überraschend sind. Sie beschreiben die Rechenregeln von Zahlen ebenso wie von Symmetrien. Versucht man, nur aus den Axiomen die Eigenschaften einer beliebigen Gruppe zu verstehen, vielleicht sogar alle möglichen Gruppen zu finden, so entwickelt sich eine reichhaltige Theorie, die heute viele Bereiche der modernen Mathematik und Physik durchdringt. An diesem elementaren Beispiel wird in dem Workshop diskutiert, wie Theoriebildung und Klassifikation in der reinen Mathematik funktionieren, und sehen überraschende Beispiele im schulisch zugänglichen Kontext, in dem die Gruppentheorie ihr Gesicht zeigt.
Zur Person
Prof. Dr. Simon Lentner hat Mathematik an der Ludwig-Maximilians-Universität München studiert, wo er zum Themenbereich Hopf-Algebra und theoretische Physik 2012 promovierte. 2012-15 war er als Postdoc an der Universität Hamburg im Grenzbereich Mathematik/Physik (Graduiertenkolleg 1670 in Zusammenarbeit mit dem DESY Hamburg), 2015/2016 forschte Lentner ein Jahr am Lebedev Physical Institute in Moskau. Seit 2016 ist er Junior-Professor für Algebra und Zahlentheorie an der Universität Hamburg. Simon Lentner ist seit 2016 Mitglied der Jungen Akademie und veranstaltet regelmäßig Sommerakademien für Stipendiaten der deutschen Studienstiftung und Workshops mit Schülergruppen.
¹ Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg
² Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg
Schullabor Mobile Analytik: Smartphone-Photometer
Das Schülerlabor „Mobile Analytik“ ist ein Angebot der HAW Hamburg, das sich an Gruppen von Schülerinnen und Schüler des 11. und 12. Jahrgangs richtet, die im Chemie-, Physik- oder Biologieunterricht fotometrische Messungen nutzen wollen. In diesem Workshop wird mit unterschiedlichen Spektrometern experimentiert. Als Beispiel wird Silikat in Trinkwasser gemessen und es werden Anleitungen für die Messung von Ammonium, Nitrit und Phosphat in Wässern beschrieben. Für die Durchführung der Experimente sollten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer ein Smartphone und einen Taschenrechner mit Logarithmusfunktion oder einen Rechner mit Excel mitbringen.
Zur den Personen
Prof. Dr. Susanne Töfke ist Professorin für instrumentelle Analytik im Department Biotechnologie an der HAW Hamburg. Nach ihrem Chemiestudium an der Georg-August-Universität Göttingen und an der Universität Hamburg promovierte sie in Hamburg auf dem Gebiet der Metallorganischen Chemie. Danach hat sie bei der Schülke & Mayr GmbH in Norderstedt die Forschungsabteilung Dermatologie maßgeblich mit aufgebaut und später u. a. die Forschung und Entwicklung in diesem Bereich geleitet sowie die Produktion von Dermatika nach Arzneimittelrecht betreut und kontrolliert. 1991 erhielt sie den Ruf an die HAW Hamburg. Susanne Töfke ist Koordinatorin des Arbeitsbereichs Chemie und leitet das Labor für Organische Chemie und Biochemie.
Prof. Dr. Olaf Elsholz ist Professor für instrumentelle Analytik im Department Umwelttechnik an der HAW Hamburg. Nach seinem Chemiestudium an der TU Berlin promovierte er dort auf dem Gebiet der instrumentellen analytischen Chemie. Darauf folgten verschiedene berufliche Stationen, zum Beispiel bei der Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung in Nairobi und an der Umweltbehörde Hamburg.
1993 wurde Olaf Elsholz als Professor für Analytische und Umweltchemie an die HAW Hamburg berufen. Er leitet dort das Labor für instrumentelle Analytik.
¹ Meeresbiologin, Universität zu Kiel/Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften u. Mathematik
² Studienrätin, Universität zu Kiel/Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften u. Mathematik
³ wissenschaftlicher Mitarbeiter, Universität zu Kiel/Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften u. Mathematik
Plastik in den Weltmeeren – mit einem Citizen Science-Projekt den Ozean erforschen
Wie kommt der Müll ins Meer? Wie viel Mikroplastik enthält unser Duschpeeling? Und wo bleibt das Mikroplastik im Ozean? Was haben unsere Flüsse damit zu tun? Und wie kann ich als Hamburger an echter Forschung zum Thema Meere und Ozean teilnehmen? Diese und weitere Fragen werden in dem Workshop von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Kieler Forschungswerkstatt beantwortet. Neben Versuchen zu chemischen Eigenschaften sowie zum Schwimmverhalten des Makro- und Mikroplastiks wird das Projekt „Plastikpiraten – Das Meer beginnt hier!“ vorgestellt, ein bundesweites Citizen Science-Projekt, das die Schülerinnen und Schüler im Unterricht zum Mitmachen und Mitforschen anregen soll.
Zur den Personen
Dr. Katrin Knickmeier ist Meeresbiologin und hat 15 Jahre als Wissenschaftlerin in der Polarforschung gearbeitet. Sie gehört zur Leitung der Kieler Forschungswerkstatt (KiFo), dem gemeinsamen Schülerlabor und Lehr-Lern-Labor der Christian-Albrechts-Universität Kiel und des Leibniz-Instituts für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN). Sie leitet gemeinsam mit Katrin Kruse das ozean:labor der KiFo und führt seit zehn Jahren die Schulprogramme des Exzellenzclusters „Ozean der Zukunft“ durch. Mit der Aufbereitung des Themas Plastikmüll in den Weltmeeren für Schulen beschäftigt sie sich seit 2012.
Katrin Kruse ist Studienrätin für die Fächer Biologie und Chemie an der Selma-Lagerlöf-Gemeinschaftsschule in Ahrensburg und seit über fünf Jahren als Lehrkraft an die Kieler Forschungswerkstatt abgeordnet. Gemeinsam mit Katrin Knickmeier leitet sie das ozean:labor der KiFo. Zudem erforscht sie das Interesse und die Selbstwirksamkeit der Schülerinnen und Schüler bei der Teilnahme an Citizen Science-Projekten im Rahmen ihrer Promotion in der Abteilung Didaktik der Chemie am IPN.
Tim Kiessling ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Kieler Forschungswerkstatt. Er studierte Biologie in Bremen und anschließend Meeresbiologie in Faro (Portugal). Von 2014 bis 2017 arbeitete er an der Universität Católica del Norte (Chile) am Thema Meeresverschmutzung durch Plastikmüll. Seit 2017 ist Tim Kiessling in Kiel beschäftigt und wertet Daten zur Müllverschmutzung deutscher Flüsse aus, die im Citizen Science-Projekt „Plastikpiraten – das Meer beginnt hier“ entstanden sind.
Lehrer, SFZ Hamburg/Wichern-Schule
Messen, Steuern, Regeln mit Arduino
Die Arduino-Plattform bietet Möglichkeiten für alle Klassenstufen: Man kann damit in Klasse 5 eine Ampel programmieren, in Klasse 9 einen Roboter bauen oder in der Oberstufe eine Wetterstation. Im Workshop werden verschiedene Unterrichtseinheiten vorgestellt und es gibt die Möglichkeit, selbst aktiv zu werden. Material wird den Workshopteilnehmern zur Verfügung gestellt, ein eigener Laptop kann aber auch genutzt werden. Alternative Plattformen (Microbit, Calliope) werden ebenfalls zu sehen sein.
Zur Person
Torsten Otto ist Informatik-Lehrer am Gymnasium der Wichern-Schule in Hamburg und an die Universität Hamburg für die Lehre in Informatik-Didaktik abgeordnet. Im SFZ Hamburg ist er als Lehrer tätig und bietet hier auch Kurse für Schülerinnen und Schüler zur Arduino-Programmierung an.
Fritz-Haber-Institut (FHI) der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin
Es werde Licht – und zwar schnell
Licht entsteht in modernen Lampen nicht mehr durch das Glühen eines Drahtes. In LEDs (lichtemittierende Dioden) finden sich negative (Elektronen) und positive Ladungsträger (sogenannte „Löcher“) zusammen. Sobald das Elektron das Loch auffüllt, wird die Energie, die es dabei verliert, in Licht umgewandelt. Die wichtigen Zwischenschritte bei diesem Prozess finden auf sogenannten Ultrakurzzeitskalen statt: Elektronen bewegen sich innerhalb weniger Femtosekunden (1 fs = 〖10〗^(-15) s) von einem Ort zum anderen. Um zu verstehen, wie sich die Elektronen genau verhalten, ist es nötig, diese sehr schnellen Prozesse zu verfolgen. Dies ist mit Hilfe moderner Lasersysteme möglich, die uns erlauben, Echtzeit-Filme von Elektronen aufzunehmen. In dem Vortrag stellt Julia Stähler alle relevanten Elementarprozesse anhand eines Modellsystems vor – von der Elektronenbewegung bis hin zur Lichtemission – und gibt einen Einblick in die moderne Laserspektroskopie.
Zur Person
Dr. Julia Stähler studierte von 1998 bis 2004 Physik an der Freien Universität Berlin, wo sie 2007 ihre Promotion abschloss. Mit einem Feodor-Lynen-Stipendium der Alexander-von-Humboldt-Stiftung forschte sie danach an der University of Oxford und erhielt 2008 den Klaus-Tschira-Preis für Verständliche Wissenschaft. 2009 wurde Julia Stähler Gruppenleiterin in der Abteilung Physikalische Chemie am Fritz-Haber-Institut (FHI) der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin. Darüber hinaus forschte sie als Gastwissenschaftlerin an der University of Pittsburgh und an der Columbia University in New York. 2015 erhielt Stähler eine unabhängige Max-Planck-Forschungsgruppe am FHI. Ein Jahr später wurden ihr der Gaede-Preis der Deutschen Vakuumgesellschaft sowie der Edith-Flanigen-Award verliehen. Julia Stähler ist Mutter zweier Kinder (*2012 & 2017).
