„Netzwerk Teilchenwelt“: Quarks, Elektronen und Co

Prof. Dr. Peter Gust (l.), Prorektor für Third Mission und Internationales, mit Lukas Kretschmann bei der Überreichung des Ehrenamtspreises – ©  Friederike von Heyden

Mit seinem ehrenamtlichen Engagement wurde er kürzlich mit dem Third-Mission-Ehrenamtspreis seiner Hochschule ausgezeichnet. Auf die Frage, womit sich denn ein Teilchenphysiker eigentlich beschäftige, antwortet er humorvoll, dass es bei seinen Forschungen nicht um Donuts und Puddingbrezel gehe, sondern um die fundamentalen Bausteine der Materie. Mit Lukas Kretschmann hat sich Autor Uwe Blass im Rahmen der beliebten, lehrreichen Uni-Reihe „Transfergeschichten“ unterhalten.

Bausteine der Materie

„Man kennt es vielleicht aus dem Chemie- oder Physikunterricht aus der Schule“, erklärt Lukas Kretschmann, „Atome sind ja nicht große Kugeln, sondern bestehen aus einem Kern und Elektronen. Und dieser Kern besteht aus Protonen und Neutronen. Was man weiß, ist, dass diese Protonen und Neutronen wiederum aus kleineren Teilchen bestehen, die wir Quarks nennen. Dazu braucht man dann auch tatsächlich die größten Maschinen, die Menschen bauen können“, sagt der Masterstudent.

© Bergische Universität

Grundsätzlich ist Teilchenphysik das Studium dieser kleinsten fundamentalen Teilchen, und die Wissenschaft will diese Bausteine der Materie und damit den Aufbau des Universums verstehen. „Darum geht es in der experimentellen und theoretischen Teilchenphysik. Dann gibt es noch der Teilchenphysik nahe Gebiete wie die Kernphysik, die sich mit den Atomkernen beschäftigt und die Astroteilchenphysik. Die wiederum forscht, wie Teilchen durch das Universum propagieren oder mit der Erdatmosphäre wechselwirken.“

Das Netzwerk Teilchenwelt

„Das Netzwerk Teilchenwelt ist ein bundesweites Bildungs- und Wissenschafts-Kommunikations-Projekt, dass seit vielen Jahren die aktuelle Forschung der Teilchen-, Kern- und Astroteilchenphysik Schülern und Studierenden näherbringt“, sagt Lukas Kretschmann. Es gehe dabei nicht um einen weiteren Lehrplan, der aufgestellt würde, sondern um ein externes Angebot mit diversen Workshops, durch die man sich mit dem Thema bekannt machen könne. „Da gibt es so eine Art Stufenmodell mit einem Basisprogramm. Das sind dann die sogenannten Masterclasses, wo auch Lehrer mit ihren Kursen hinkommen können. Und dann gibt es spezialisiertere Angebote für Leute, die sich weiter damit beschäftigen wollen.“

Dabei vernetze das Netzwerk Teilchenwelt deutschlandweit Universitäten und Forschungsinstitute, die auf diesem Gebiet arbeiten. „Zusätzlich gibt es auch noch das CERN in der Schweiz (Das CERN, die Europäische Organisation für Kernforschung, ist eine Großforschungseinrichtung in der Nähe von Genf, Anm. d. Red.), das bündelt solche Angebote aus diesem Gebiet, um Leuten eine enge Verbindung zur aktuellen Forschung und eben auch zu den Menschen, die diese Forschung betreiben, zu geben.“

3.500 Jugendliche beteiligen sich jährlich

Jährlich nehmen ca. 3.500 Jugendliche an Projekten teil, die im Netzwerk Teilchenwelt angeboten werden. „Es fängt eigentlich immer mit diesen Masterclasses an. Dabei geht es darum, dass wir Schülerinnen und Schüler und Studierende in den ersten Semestern dazu einladen, zu uns an die Uni zu kommen und mehr über unsere Arbeit zu lernen. Vormittags schaffen wir dann gemeinsam theoretische Grundlagen, erklären, was wir so machen und welche Prozesse dahinterstehen, und nachmittags werden echte experimentelle Daten vom ATLAS Experiment von den Schülern selber ausgewertet.“ Zusammen werden die Ergebnisse vor Ort diskutiert, die Erkenntnisse und Erfahrungen aber auch in Videokonferenzen mit anderen, auch internationalen Standorten, ausgetauscht.

„Das ist die unterste Stufe, daran nehmen diese 3.500 Leute jährlich teil“, sagt der angehende Physiker und führt weiter aus, „und dann gibt es weiterführende Angebote. Man kann z. B. selber kleine Detektoren an den Unis bauen oder an Workshops teilnehmen, wie dem CERN-Workshop. Da können ca. 30 Schüler jedes Jahr für ein paar Tage das CERN in Genf besuchen und sich die Experimente angucken. Und die Spitze der Stufe sind dann im Grunde die CERN-Projektwochen, wo wir jedes Jahr ca. 10 Schüler haben, die eigene Forschungsprojekte am CERN für zwei Wochen in Zusammenarbeit mit Universitäts- und Institutsgruppen umsetzen können. Aufbauend darauf gibt es dann das Fellow-Programm, wo Leute, die diese Stufen durchgemacht haben, dann noch weiter, spezialisierte Angebote wahrnehmen können.“

Kretschmanns Arbeitsgruppe motiviert Wuppertaler Schulen zur Teilnahme

Die Arbeitsgruppe Experimentelle Elementarteilchenphysik ist von Anfang an schon an der Netzwerk Teilchenwelt beteiligt und motiviert Wuppertaler Schulen zur Teilnahme an den sogenannten Masterclasses of Particle Physics. Kretschmann übernimmt an dieser Stelle die Aufgabe eines Lehrenden, indem er den Schülern hilft, die Auswertung der experimentellen Daten zu verstehen. „Im Normalfall sitzen alle in einem Raum am Computer und gucken sich das an, und wir diskutieren mit den Schülern. Natürlich verfolgen wir da auch den Aspekt der Nachwuchsgewinnung. Ich helfe bei der Organisation und der fachlichen Betreuung und stelle auch das Netzwerk Teilchenwelt immer nochmal explizit vor.“ Dabei zeigt er auch den Lehrkräften, was sie selber an den Schulen durchführen können. „Die Masterclasses sind auch an den Schulen möglich und wir kommen auch gerne selber dorthin, um es zu machen. Darüber hinaus können sich die Lehrer auch experimentelle Aufbauten von der Uni ausleihen.“

Betreuer im Fellow-Programm

Lukas Kretschmann ist Standortsprecher der Netzwerk Teilchenwelt und betreut auch das Fellow-Programm. „Ich bin Bundessprecher mit einer Kollegin aus Dresden zusammen. Das Fellow-Programm ist so die oberste Spitze dieser Programmidee, wo Leute, die wirklich sehr engagiert sind, praktisch als Mitglied aufgenommen werden. Das sind momentan so insgesamt 150 Schüler und Schülerinnen in ganz Deutschland, die sich besonders für die Teilchenphysik interessieren. Und die wollen wir auch weiter fördern und auch animieren, später Physik zu studieren.“

Physik-Student Lukas Kretschmann mit seiner Ehrenurkunde – © Friederike von Heyden

Spannend seien auch die Fachvorträge, die mit namhaften Wissenschaftlern veranstaltet werden. „Dieser direkte Kontakt zu den Fachleuten, das kann ich aus eigener Erfahrung sagen, ist sehr motivierend. Man erfährt ihren Werdegang und ihre Erfahrungen“ sagt Kretschmann begeistert. Sein ganz persönliches Highlight war die Begegnung mit Prof. Reinhard Genzel, der 2022 den Physiknobelpreis zusammen mit einer amerikanischen Wissenschaftlern für die Entdeckung des schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße gewonnen hat.

„Er ist Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. Das war ein besonderes Treffen, denn Nobelpreisträger laufen einem jetzt hier in Wuppertal selten über den Weg. Besonders beeindruckt hat mich, wie sehr er sich für dieses Thema begeistern konnte. Er hat sich sehr viel Zeit genommen und stand auch den Schülern nachher für Fragen zur Verfügung. In jüngerer Zeit war es dann auch Ranga Yogeshwar, den ich erfolgreich einladen konnte. Er hat über seine Karriere als Wissenschaftsjournalist gesprochen.“ Einmal im Jahr gibt es sogar an einem der Standorte ein bundesweites Fellow-Treffen. „Das wird dieses Jahr auch in Wuppertal sein, wo dann ca. 30 Mitglieder an den Standort kommen und die Zukunft dieses Programms diskutieren werden.“ 

Naturwissenschaftler werden gebraucht

Vor allem Physik ist oft ein Schulfach, von dem wenige Schüler*innen begeistert sind. Kretschmann zeigt jedoch, wie spannend Physik sein kann, denn der Nachwuchs wird gebraucht! „Die Studierendenzahlen in den Naturwissenschaften gehen erschreckenderweise generell zurück, obwohl eindeutig ist, dass in diesen Bereichen gutes Fachpersonal gesucht wird“, sagt er und erklärt die Vielseitigkeit des Fachs. „Man lernt hier natürlich Physik, aber was einem für das spätere Leben umso nützlicher sein kann, ist dieses analytische und problemorientierte Denken. In Zeiten von KI und einer sehr datengetriebenen Gesellschaft wird das kritische Denken immer wichtiger.“ Man müsse in der Schule kein physikalisches Genie gewesen sein, aber Programme wie das Netzwerk Teilchenwelt können Schüler begeistern.

„Ich selber habe keinen Physik-LK gehabt, ich habe es einfach so studiert.“ Und die Einsatzmöglichkeiten in dem an Teamarbeit orientierten Studienfach erweitern sich ständig. „Wir arbeiten heute immer in großen Teams zusammen, was natürlich später in der Industrie, in großen Unternehmen eine wichtige Fähigkeit ist. Viele gehen nach dem Physikstudium in die Datenanalyse, in programmierorientierte Aufgaben, in Versicherungen, Consulting. Aber auch die Hardwareentwicklung ist ein Aufgabenbereich, wie z. B. hier in Wuppertal bei der Firma Aptiv, da kann man dann an der Entwicklung des autonomen Fahrens mitarbeiten.“

Das Netzwerk Teilchenwelt hat natürlich eine eigene Homepage. Dort sind alle Standorte, auch Wuppertal, vertreten, und über die jeweiligen EMAIL-Adressen kann man direkt mit den Beteiligten Kontakt aufnehmen. „Wir sind immer verfügbar“, lacht Kretschmann, „man kann uns anschreiben oder einfach vorbeikommen.“

Uwe Blass

Lukas Kretschmann – © Friederike von Heyden

Über Lukas Kretschmann

Lukas Kretschmann studiert Experimentelle Elementarteilchenphysik in der Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften an der Bergischen Universität.