Ein Quantenlabor für alle
| 16. September 2015
Gesamtansicht des interaktiven Quantenlabors. (Foto: Gruppe Quantennanophysik, Universität Wien, Mathias Tomandl & Patrick Braun)
Beugung von Molekülen an nanomechanischen Gittern im interaktiven Quantenlabor. (Foto: Gruppe Quantennanophysik, Universität Wien, Mathias Tomandl & Patrick Braun)
Interferenz komplexer Moleküle im Kapitza-Dirac-Talbot-Lau interferometer. (Foto: Gruppe Quantennanophysik, Universität Wien, Mathias Tomandl & Patrick Braun)
Ein virtuelles Labor ermöglicht erstmals die spielerische Erkundung moderner Quantenphysik. Die neuartige Lernumgebung wurde an der Fakultät für Physik der Universität Wien in Zusammenarbeit mit Studierenden und SchülerInnen entwickelt und ist rechtzeitig zu Schulbeginn frei online verfügbar.
Aktuelle Forschungsexperimente sind oft zu teuer und komplex, um sie für Lehrzwecke nachzubauen und einzusetzen. Die Herausforderung, moderne Wissenschaft dennoch allgemein zugänglich zu machen, hat das Team der Forschungsgruppe Quantennanophysik der Universität Wien rund um Markus Arndt gelöst. Es wurden nun erstmals zwei Forschungslabore als vollständige, photorealistische Computersimulationen geschaffen, um SchülerInnen, Studierenden sowie der allgemeinen Öffentlichkeit einen virtuellen Zugang zu weltweit einmaligen Instrumenten zu ermöglichen. "Man könnte es als eine Art Flugsimulator der Quantenphysik bezeichnen" schmunzelt der Quantenphysiker Mathias Tomandl, der die wesentlichen Elemente dieser Simulation im Rahmen seiner Dissertation geschaffen hat.
Die Quantenwelt Schritt für Schritt selber entdecken
Ein Lernpfad führt die BesucherInnen dabei in die Welt delokalisierter komplexer Moleküle. Eine Reihe von Laboraufgaben und wichtigen Hintergrundinformationen zum Verständnis der Experimente stehen bereit, um Schritt für Schritt in die Quantenwelt einzutauchen. Die Entwicklung der spielerisch aufbereiteten Software wurde zusammen mit SchülerInnen und Studierenden durchgeführt und über mehrere Entwicklungszyklen didaktisch begleitet. Das Lehrkonzept und die dazugehörigen Studien wurden nun im renommierten Fachjournal "Scientific Reports" veröffentlicht.
Der Welle-Teilchen Dualismus mit großen Molekülen
Die virtuellen Labore geben Einblick in fundamentale Einsichten und Anwendungen der Quantenmechanik mit Makromolekülen und Nanoteilchen. Dabei wurde in den vergangenen Jahren der Welle-Teilchen-Dualismus an den bis heute komplexesten Molekülen nachgewiesen. Diese Experimente können im virtuellen Labor mit Hilfestellungen nun erstmals frei zugänglich selbst (virtuell) durchgeführt werden.
Das Quantenlabor auf Tour durch Österreich
Derzeit kann eine Kurzversion des virtuellen Labors als interaktives Exponat im Rahmen der Sonderausstellung "Das Wissen der Dinge" im Naturhistorischen Museum Wien getestet werden. Im Rahmen der Wanderausstellung "Wirkungswechsel" des Science-Center-Netzwerks wird das virtuelle Quantenlabor an verschiedenen Standorten in Österreich verfügbar sein. (sb)
Die Publikation "Simulated Interactive Research Experiments as Educational Tools for Advanced Science" (AutorInnen: Mathias Tomandl, Thomas Mieling, Christiane M. Losert-Valiente Kroon, Martin Hopf und Markus Arndt) erschien kürzlich im Fachmagazin "Scientific Reports".
