Masterclass und Teilchenphysik. Viel mehr als diese zwei Stichworte hatte Marlo nicht und mehr brauchte es auch nicht, um den Zehntklässler frühmorgens in Bewegung zu bringen. Gemeinsam mit fünf weiteren Mitschülern vom Gymnasium Grootmoor im Norden in die Sankt Ansgar Schule im Zentrum. „Keine Ahnung, was mich hier erwartet“, sagt der 14jährige. Aber irgendwie findet sich das schon, so wie der neue Teampartner Niklas aus der neunten Klasse des Gymnasiums Süderelbe, der jetzt neben Marlo sitzt und mit ihm auf den schwarzen Bildschirm mit weißen Kreisen, bunten Vierecken und Strahlenbündeln schaut.

„Ja doch, das ist ein Jet“, sagt Marlo und nickt. Niklas macht einen Strich auf dem Arbeitszettel, in der Spalte „Hadron Jets“, wo schon die meisten Striche stehen. In den Spalten der Elektronen, Myonen und Tauonen sieht es dagegen eher mau aus. Niklas klickt weiter, ein anderes Ereignis erscheint: Ein gerade heller Strahl im mittleren Kreis, ein Kreis weiter gelbe, dann blaue und grüne Vierecke, ganz außen gelbe und rote Kreuze. Sehr hübsch, aber was soll das bedeuten?

Wo der Laie eine neue Ausgabe der Schwarzlichtkunst vermutet, steckt echte Teilchenphysik drin: Auf den Sankt Ansgar Schulrechnern befinden sich Ereignisbilder eines Experimentes am „Large Electron-Positron Collider“, kurz LEP. Das war der größte Teilchenbeschleuniger der Welt, bevor er von dem Large Hadron Collider (LHC) im Forschungszentrum Cern abgelöst wurde. Kernforscher Jan Thomsen hätte auch neuere  Daten aus Genf mitbringen können: „Aber die sind nicht so gut für diese Zwecke geeignet, schwieriger zu erkennen und man lernt auch nicht mehr dabei“, findet der Doktorand, der gerade für anderthalb Jahre im Cern tätig war und heute die Masterclass mit Schülern aus vier Hamburger Schulen leitet. „Statt des Elektron-Positron Beschleuniger haben wir jetzt einen Proton-Proton-Beschleuniger, da ist sehr viel mehr Mist drin.“

Myon statt Mist lesen Marlo und Niklas aus ihrem Ereignis: „Das ist ein „back-to-back-Zerfall“ erklärt Marlo ganz fachmännisch und tippt auf die Teilchenspur im Bildschirm. „Es ist ein einziger Strahl, er geht gerade und die weiße Farbe zeigt an, dass er eine sehr hohe Ladung hat.“ In zwei Teile zerfallen nur Elektronen und Myonen, ergänzt Niklas. „Aber nur die Myonen schaffen es bis hinter das elektromagnetische Messgerät. Die anderen verlieren ihre Energie schon vorher.“

Der Begriff „elektromagnetisches Kalorimeter“ fällt den Nachwuchswissenschaftlern gerade nicht ein. Aber das Instrument zur Messung der Gesamtenergie eines Teilchens ist auch nicht so wichtig, wie das Prinzip dahinter: Jedes Teilchen erzeugt charakteristische Muster von Detektorsignalen, die analysiert und kategorisiert werden können. Insgesamt 100 Ereignisse haben die Schüler auf dem Bildschirm. „Es geht halt mit der Zeit immer besser“, sagt Niklas. Dafür dass die Schüler vor drei Stunden noch ziemlich „ahnungslos“ waren, haben sie einen echten Erkenntnissprung hingelegt: Nach einer Einführung von Teilchenphysiker Thomsen und 38 analysierten Ereignissen lässt Marlo kleinste Ladungen souverän links liegen: „Ob das jetzt kosmische Strahlungen sind oder etwas anderes, das spielt eigentlich keine Rolle.“

Jana vom Emil-Krause-Gymnasium und Valeria von der Sankt-Ansgar Schule sind schon bei Ereignis 100 angelangt – und damit fertig. „Alles, was wir nicht genau wussten, haben wir den Quarks zugeordnet“, erklärt Jana grinsend. Quarks sind die Teilchen, die sich zu Hadronen zusammentun und in der Bildschirmansicht die farbenprächtigen Jets erzeugen. Auf jeden Fall hat das einzige „reine“ Mädchenteam in der Masterclass damit bewiesen, dass es die Wahrscheinlichkeiten für die Zerfallsarten beherrscht: 87 Prozent der Z-Bosonen zerfallen in Quarks.

Im Plenum trägt Jan Thomsen die Ergebnisse der Schüler zusammen und führt auch ein wenig in die Statistik ein. Dann vergleicht der Masterclass-Leiter die Ergebnisse der Schüler mit denen aus dem Cern. „Das waren allerdings deutlich mehr Daten, daher ist der statistische Fehler auch sehr viel kleiner als bei euch“, so Thomsen. Dennoch stimmen die Ergebnisse der Schüler bei den Elektronen und Myonen schon sehr weit mit den Cern-Werten überein. Nur bei „Tauonen“ gab es deutlichere Abweichungen: „Das habt ihr alle gesehen, es ist eben sehr schwer, die Taus sauber von den Jets zu unterscheiden.“

Treffer für die Jana-Valeria-Strategie: die beiden Mädchen lagen mit ihren Ergebnissen schon sehr nahe dran am statistischen Mittelwert. Bietet das neue Perspektiven für die Schülerinnen?  „Ich habe mich vorher noch nie mit Teilchenphysik befasst“, sagt Jana, die schon die Oberstufe besucht. „Aber ich finde das schon sehr interessant.“ Valerie möchte noch mehr wissen, über die Auswertung der Messergebnisse hinaus, und freut sich daher auf den kommenden Physikunterricht: „Da ist die Teilchenphysik demnächst Thema.“

Jan Thomsen, der bald seine Promotion abgeben wird und daher heute gleich mit drei Nachfolgern aus der „Teilchenwelt“ vor Ort ist, weiß auch, dass es mit einem einmaligen Termin nicht getan ist. „Wir wollen keine Teilchenphysiker heranzüchten, dafür ist es ja viel zu früh. Wir wollen Interesse wecken für das Thema.“ Die Masterclass ist eine Institution des Netzwerkes „Teilchenwelt“, die wiederum ein Zusammenschluss von 24 Forschungsinstituten unter der Projektleitung der Technischen Universität Dresden ist. Schüler, die eine Einführung in die Teilchenphysik besucht haben, sollen ihr Wissen an andere Schüler weitergeben und können sich für einen Workshop am Cern bewerben.

Den beteiligen Hamburger Physiklehrern ist das noch zu wenig. Sie wollen die Schüler vor Ort weiter qualifizieren. „Ich würde mir wünschen, dass man ein Stück weiter darauf aufbaut und zwar auch am Desy“, so der gastgebende Physiklehrer Martin Biebl. Ein zweistufiges Hamburger System, sozusagen. „Ich persönlich denke, dass ist auch viel erfolgreicher als der internationale Austausch“, bestätigt Thomsen die Idee. „Man hat einen direkteren Kontakt.“ Während es bei den Videokonferenzen oft sehr lange dauert, bis die Verbindungen stehen und dann nur sehr wenige Fragen kommen. „Das habe ich einmal gemacht, das fand ich sehr unglücklich, es kamen keine Fragen. Selbst nicht, als ich für die Schüler übersetzen wollte.“

Fragen gab es auch bei dieser ersten schulübergreifenden Masterclass in Hamburg weniger als sonst. „Die Schüler waren jünger als sonst und sie kannten sich nicht“, so Thomsen. Jedenfalls am Anfang. Dafür gibt es am Ende Fragen aus Genf an alle: eine Quiz über die allerkleinsten Teilchen und die Forschung am Cern. Die Schüler erfahren so beispielsweise, dass 96 Prozent des Universums noch nicht erforscht sind – und es noch eine Menge zu tun gibt für kommende Master. Dabei gibt es viele Aspiranten auf den ersten Preis: Marlo sichert sich ein T-Shirt und trägt sich in die Liste der Interessenten ein, die mit der Teilchenwelt weiter zusammenarbeiten wollen: „Ich war bei meinem Praktikum schon am Desy, wenn ich noch mal ans Cern komme, wäre das super.“

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Teil 2