Lörracher Physik-Asse glänzen bei Deutscher Meisterschaft

Emma Faßler (17) und Maxim Rasch (16) haben dieses Wochenende das 11. German Young Physicists’ Tournament (GYPT) für sich entschieden: Sie können sich jetzt deutsche Physik­meisterin und Physikmeister nennen. Mit ihrem Team „ælive“ überzeugten sie die Jury und holten Gold knapp vor dem zweitplatzierten Team „dæd“, bestehend aus Paulina Betz (15) und Benedikt Baum (16). Alle vier besuchen das Hans-Thoma-Gymnasium in Lörrach und forschen dort am Schüler­forschungszentrum „phænovum“. Ebenfalls mit einer Silbermedaille um den Hals beendeten Eleonora Maeß (14), Richard Bonello (17) und Daniel Grasshoff (17) vom Team „Elegant R&D“ vom Herder-Gymnasium in Berlin das Turnier.

„Ich bin jedes Jahr wieder beeindruckt von der hohen Leistungs­orientierung und dem herausragenden Niveau der bei diesem Turnier präsentierten und diskutierten Forschungs­ergebnisse“, sagt Lutz Schröter, Vizepräsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG), die Veranstalterin des GYPT ist. „Es ist großartig, dass sich so viele junge Menschen für Physik interessieren.“ Die meisten Teilnehmer:innen des Bundes­wettbewerbs begaben sich auf die Spuren von Nobelpreisträger Zeeman. Erstmalig beim GYPT durften die Schülerinnen und Schüler dieses Jahr bei der Aufgabe „Quanten-Lichtdimmer“ im Bereich der Quantenphysik forschen: „Wenn man eine Flamme, der Kochsalz hinzugefügt wird, vor eine Natriumdampflampe stellt, wirft die Flamme einen Schatten. Der Schatten kann heller werden, wenn die Flamme in ein starkes Magnetfeld gebracht wird. Untersuche und erkläre das Phänomen.“

Gehen Elektronen eines Natriumatoms von einem angeregten Energieniveau zu einem tieferen Energieniveau über, wird Licht emittiert, dessen Wellenlänge der Differenz der beiden Energie­niveaus entspricht. Streut man nun Kochsalz in eine Flamme und bringt diese zwischen eine Natrium­dampflampe und einen Sichtschirm, wirft die Flamme einen Schatten, da die Natriumionen des Kochsalzes exakt die Wellenlängen absorbieren, die von der Natrium­dampflampe ausgesendet werden. Dass der Schatten am Sichtschirm heller wird, wenn man die Flamme in ein Magnetfeld bringt, kann nur mit dem Zeeman-Effekt erklärt werden. Das Magnetfeld bewirkt eine Lorentzkraft auf die Elektronen der Natriumionen, wodurch deren Geschwindigkeit - und somit die Energie - beeinflusst wird. Durch das so geänderte Energieniveau passen die absorbierbaren Wellenlängen nicht mehr exakt zu denjenigen, die von der Natriumdampflampe ausgesendet werden.

Gold-Medaillen-Gewinnerin Emma Faßler tauchte in ihrer Bearbeitung noch weiter in die Quantenphysik ein, denn die Änderung der Energieniveaus in einem externen Magnetfeld ist bei genauerer Betrachtungs­weise zusätzlich von der Wechselwirkung zwischen Bahndrehimpuls und Spin der Elektronen abhängig. Mit ihrer Leistung kämpfte sie sich souverän an die Spitze der Einzelwertung und holte die meisten Punkte aller Teilnehmenden. Zugleich wurden die besten 13 Jungphysikerinnen und -physiker in die deutsche National­auswahl berufen, von denen fünf das Nationalteam bilden werden, das Deutschland beim inter­nationalen Wettbewerb „International Young Physicists’ Tournament“ (IYPT) vertreten wird. Drei Schülerinnen und Schüler werden das „Austrian Young Physicists’ Tournament“ (AYPT) bestreiten.

Die Grundlage des Wettbewerbs bilden die jährlich wechselnden 17 IYPT-Aufgaben. Das Besondere an diesen ist, dass man mit Schulphysik und einem einfachen experimen­tellen Aufbau einsteigen kann, aber dann eine überraschende physikalische Tiefe in den oft alltagsnahen Phänomenen findet. „Wir sind froh, dass sich der GYPT-Wettbewerb in Deutschland so erfolgreich etabliert hat und wir mit 19 bundes­weiten Standorten über 200 Schülerinnen und Schüler in Wohnortnähe das ganze Jahr unterstützen konnten“, sagt Liane Brandt, die als wissenschaftliche Koordinatorin fungiert. „Jetzt gilt es, die besten von ihnen auf das International Young Physicists‘ Tournament in Budapest, Ungarn, vorzubereiten.“

Im Januar hatten sich 85 Jugendliche, ein Drittel davon Mädchen und junge Frauen, auf 15 Regional­wettbewerben in ganz Deutschland für den Bundes­wettbewerb qualifiziert. Die Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung finanziert das GYPT von Anfang an ebenso wie die Teilnahme der deutschen Schüler:innen an den inter­nationalen Wettbewerben.

DPG / JOL