Kinderuni Von Lasern und „supercoolen“ Stoffen

Saarbrücken · Im neuen Kinderuni-Semester geht es um die Quantenphysik. Der Dozent Thomas John erklärt in seinem Vortrag, wie ein Laser funktioniert. Und warum das Laserschwert aus den Star-Wars-Filmen im echten Leben nicht funktioniert.

 Dr. Thomas John erklärt bei seiner Kinderuni-Vorlesung den Aufbau eines Helium-Neon-Lasers.

Dr. Thomas John erklärt bei seiner Kinderuni-Vorlesung den Aufbau eines Helium-Neon-Lasers.

Foto: Iris Maria Maurer

„Nimm deine Quanten vom Tisch!“ Diesen Spruch haben bestimmt schon viele gehört, wenn sie es sich zum Beispiel zu Hause vor dem Fernseher bequem gemacht und die Füße auf den Wohnzimmertisch gelegt haben. Damit hat die Quantenphysik nichts zu tun, erklärt Dr. Thomas John schmunzelnd. Sie untersuche die „Physik der kleinsten Teilchen.“ In seinem Kinderuni-Vortrag möchte er zeigen, dass Quantenphysik nicht nur mit Dingen zu tun hat, die dem bloßen Auge verborgen sind. Effekte der Quantenphysik sehen wir auch im Alltag.

Zum Beispiel benötigen CD- oder DVD-Spieler einen Laser, um Datenträger abzuspielen. Bis in die 1960er-Jahre sei nicht vorstellbar gewesen, dass man damit Laser-Licht erzeugen kann. In seinem Vortrag demonstriert der Dozent, wie ein Laser funktioniert. Dazu baut Thomas John mit seinem Team eine besondere Apparatur auf. In ein Glasrohr, das mit einem besonderen Gas gefüllt ist, wird ganz viel Licht gestrahlt. Irgendwann entweicht das Laserlicht dann als dünner Strahl. Im Gegensatz zu herkömmlichen Glühbirnen, die Licht in alle Richtungen strahlen, ist das Licht eines Lasers in einem dünnen Strahl gebündelt und immer einfarbig.

Auch bei Operationen und beim Zahnarzt kommen heute häufig Laser zum Einsatz. Zudem kann man mit ihrer Hilfe sogar Stahlplatten schneiden. Oft sieht man auch in Science-Fiction-Filmen wie „Star Wars“ Darsteller, die mit Laserschwertern kämpfen. Thomas John sagt dazu aber: „Das ist Quatsch!“ Denn ein Laserstrahl könne nicht einfach abrupt in der Luft enden.

Andere Ideen, die zu Lebzeiten der Entdecker als „Science Fiction“ abgestempelt wurden, seien dagegen inzwischen zur Realität geworden. So hätten sich zum Beispiel viele Visionen des Schriftstellers Jules Verne (1828 bis 1905) ein Jahrhundert später bestätigt. In seinen Büchern beschreibt der Autor unter anderem Gas-Automobile und Fahrstühle.

In einem weiteren Experiment von John geht es um etwas im wahrsten Sinne des Wortes „supercooles“. Dazu zieht der Wissenschaftler spezielle Schutzhandschuhe an und verwendet eine brodelnde und dampfende gefährliche Flüssigkeit. Flüssigstickstoff, der fast Minus 200 Grad kalt ist. Damit Luftballons aufsteigen, werden sie oft mit dem Gas Helium gefüllt. Wer etwas davon einatmet, hört sich an, wie die Zeichentrickfigur Micky Maus. „Das Gas kann man auch so weit abkühlen, dass es ebenfalls zu einer Flüssigkeit wird“, erklärt John. Wird diese Flüssigkeit dann in einen Glasbehälter gefüllt, kriecht sie von alleine an der Innenseite des Gefäßes nach oben und an der Außenseite wieder nach unten. Mit diesem Experiment lässt sich der sogenannte Effekt der Superafluidität demonstrieren. Also den Zustand, bei dem die Flüssigkeit jede innere Reibung verliert.

Auch sogenannte Supraleiter stehen auf dem Stundenplan des Kinderuni-Vortrags von Thomas John. Das sind Materialien, deren elektrischer Widerstand plötzlich verschwindet, wenn eine bestimmte Temperatur unterschritten wird. Dazu zeigt John ein Experiment. Er lässt Strom durch ein Kabel fließen, an dem eine Glühlampe hängt. Erhitzt der Physiker den Draht, haben es die Elektronen schwerer, durchzukommen und das Licht wird dunkler. Kühlt er den Draht ab, ist es umgekehrt und das Licht wird heller.

Dann kommt der extrem kalte flüssige Stickstoff zum Einsatz und die Glühlampe leuchtet ab einer bestimmten Temperatur plötzlich sehr hell auf.

Supraleiter werden übrigens auch in medizinischen Geräten verwendet. Mit deren Hilfe kann das Innere des menschlichen Körpers vollkommen gefahrlos untersucht werden, ganz ohne ihn mit Röntgenstrahlen zu durchleuchten, erklärt der Forscher.

Für John steht fest: „Ich kann mir Quantenphysik zwar nicht vorstellen, aber ich kann damit rechnen.“ Auf Kinderuni-Studenten warten also noch viele spannende Herausforderungen.

Spannend und interessant sind sicherlich auch die beiden weiteren Vorträge des neuen Kinderuni-Semesters. So geht der Dozent Christoph Becher einer kuriosen Frage nach: Ist der Mond auch da, wenn man nicht hinschaut?

Warum ist Licht manchmal rot oder grün oder weiß? Und was passiert, wenn das Licht so schwach wird, dass wir es gar nicht mehr sehen können? Die Antworten auf diese und viele weitere Fragen gibt es in dem Vortrag von Elke Neu-Ruffing. Die Junior-Professorin der Technischen Universität Kaiserslautern erklärt den Kinderuni-Studenten, warum gerade das für uns normalerweise unsichtbare Licht für die Quantenphysik so wichtig ist und was man damit in der Wissenschaft machen kann.

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