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39. Edgar-Lüscher-Seminar zum Thema „Laser- und Quantenphysik" am Gymnasium Zwiesel

"Gott würfelt nicht!" Albert Einsteins legendärer Ausspruch zeigt, welche Probleme selbst der wohl berühmteste Physiker bei den Wahrscheinlichkeitsaussagen der Quantentheorie hatte. Und tatsächlich, die Gesetze der Quantenphysik klingen oftmals aberwitzig: einzelne Objekte, die sich an mehreren Orten gleichzeitig befinden können, und obendrauf soll man, je genauer man hinsieht, umso weniger wissen!
Wer mag angesichts dessen nicht am gesunden Menschenverstand zweifeln? Dennoch sind es gerade diese scheinbar unsinnigen Gesetze, die bestimmen, wie unsere Welt im Innersten funktioniert.


Etwas Licht ins Dunkel dieser geheimnisvollen Welt sollte das diesjährige Edgar-Lüscher-Seminar am Gymnasium Zwiesel bringen. Im Rahmen des „Internationalen Jahrs des Lichts" der UNESCO hat man sich heuer die Laser- und Quantenphysik als Leitthema ausgesucht. Dafür konnten die beiden Professoren Dr. Winfried Petry und Dr. Peter Müller-Buschbaum von der TU München erneut renommierte Wissenschaftler aus ganz Deutschland gewinnen. Die Bandbreite der Vorträge reichte von der Grundlagenforschung in der Ultrakurzzeitphysik über deren Verwendung bei der Entwicklung neuartiger Quantentechnologien und Nanomaterialien bis hin zu speziellen Anwendungen in der Optik und dem Aufbau neuartiger Teilchenbeschleuniger.
Vor Ort sorgte das Organisationsteam um Schulleiter Heribert Strunz routiniert für einen reibungslosen Ablauf dieser traditionsreichen Lehrerfortbildung im Bereich der Naturwissenschaften. Großer Dank gilt dabei vor allem Claus Starke, ohne dessen großes Engagement diese Veranstaltung nicht möglich wäre.
„Laserlicht kann mittlerweile fast beliebig ‚designed' werden", verriet Prof. Dr. Reinhard Kienberger von der TU München im ersten Vortrag. Nach einer kurzen Einführung in die Laserphysik berichtete er von den Herausforderungen bei der Erzeugung ultrakurzer Pulse im Attosekundenbereich. Ziel sei es, mit dieser bislang kürzesten zugänglichen Zeitskala elektronische Prozesse sogar in Echtzeit zu beobachten und zu steuern, so Kienberger. Dies ermögliche beispielsweise die Entwicklung effektiverer Solarzellen oder die Untersuchung gestörter biomolekularer DNS-Prozesse, die für chronische Krankheiten verantwortlich gemacht werden.
Weitere faszinierende Anwendungsmöglichkeiten in der Medizintechnik stellte Prof. Dr. Peter Hommelhoff von der Universität Erlangen-Nürnberg nach seinen Ausführungen über Materiewelleninterferenz auf schnellsten Zeitskalen in Aussicht. Optisch betriebene Teilchenbeschleuniger könnten Geräte für die Krebstherapie möglicherweise eines Tages auf Hosentaschenformat schrumpfen lassen.
In die verrückte Welt der Quanten entführte die Zuhörer Prof. Dr. Rudolf Gross. Als wissenschaftlicher Direktor des Walther-Meißner-Instituts für Tieftemperatur-forschung erläuterte er, welche Schlüsselrolle Quanteneffekten bei der Realisierung neuester Computertechnologien zukommt. Die Entwicklung von Quantencomputern sei kein Hirngespinst mehr, sondern mache schnelle Fortschritte, so Gross. Dabei gehe es weniger um neue PCs für zu Hause, vielmehr habe man sehr leistungsstarke Großrechner im Blick, die beispielsweise bessere Simulationen in der Pharmazie oder bei Wettervorhersagen, superschnelle Suchmaschinen für das Internet oder komplexe Berechnungen in der Finanzbranche erlauben könnten.
Großes Interesse bei den Zuhörern fanden auch die Ausführungen von Prof. Dr. Jonathan Finley vom Walter-Schottky-Institut. Er informierte über neugestaltete Nanomaterialien, mit denen man einzelne, gerichtete Lichtquanten erzeugen kann. Als Anwendungsgebiet könne er sich effizientere LEDs für Computerbildschirme vorstellen, so Finley.
Dass die Quantenphysik den Weg für weitere revolutionäre Veränderungen in der Informationstechnologie ebnen könnte, gab auch Prof. Dr. Gerhard Rempe vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in seinem Vortrag zum Thema Quanteninternet zu verstehen. Auch wenn Begriffe wie Quanten-Rechner, Quanten-Google oder Quanten-Teleportation eher nach Science-Fiction klingen, lohne sich das Forschungsabenteuer „Quantenphysik" nicht nur aus Sicht der Wissenschaft, sondern spüle sogar geschätzte 750 Milliarden Euro pro Jahr in die Kassen des Wirtschafts-standorts Deutschland, so Rempe.
Prof. Dr. Jörg Schreiber von der LMU in München berichtete anschließend vom Aufbau des neuen Großlaser-Labors „Centre for Advanced Laser Applications (CALA)" in Garching, das in wenigen Jahren eines der weltweit leistungsstärksten Lasersysteme beherbergen soll, um die Teilchenbeschleunigung zu perfektionieren. Die Vision: bessere Röntgenbilder und gezieltere Tumorbehandlungen.
Mit weiteren interessanten Details im Bereich der Attosekunden-Laserphysik befasste sich der Vortrag von Prof. Dr. Gerhard G. Paulus von der Friedrich-Schiller-Universität Jena zur relativistischen Optik. Die physikalischen Grundlagen zu seinen Ausführungen lieferte niemand geringerer als Albert Einstein. Professor Paulus erklärte, wie sich die Reflexion von Licht an einem Spiegel, der sich mit relativistischer Geschwindigkeit bewegt, experimentell verwirklichen lässt und welches große Zukunftspotential in ihm steckt.
Den Schlusspunkt des Seminars setzte Prof. Dr. Wolfgang Zinth von der LMU in München. Sein Forschungsschwerpunkt ist die BioMolekulare Optik mit ultrakurzen Lichtpulsen, mit der man biologischen und chemischen Abläufen auf die Spur kommen möchte. So lieferte Professor Zinth beispielsweise wichtige Beiträge zum Verständnis der Fotosynthese oder der UV-Strahlenschädigung der DNA. Den Seminarteilnehmern stellte er unter anderem sein aktuelles Forschungsobjekt vor: Licht-geschaltete Peptide, mit denen man die Proteinfaltung studieren möchte. Bei der Umsetzung stecke man jedoch noch in den Kinderschuhen, so Zinth.
Man darf also gespannt sein, ob es vielleicht nicht schon nächstes Jahr beim 40. Lüscher-Seminar Neuigkeiten gibt. Dieses findet vom 22. bis 24.04.2016 statt und beschäftigt sich dann mit dem faszinierenden Thema „Biophysik".

Thomas Kufner