Quanten für alle!

  • 18. September 2015

Moderne Wissenschaft als photorealistisches Online-Game – das Quanten­labor für jedermann.

Ein virtuelles Labor ermöglicht erstmals die spielerische Erkundung moderner Quanten­physik. Die neuartige Lern­umgebung wurde an der Fakultät für Physik der Uni Wien in Zusammen­arbeit mit Studierenden und Schülern entwickelt und ist frei online verfügbar.

Gesamtansicht des interaktiven Quantenlabors. (Bild: U. Wien, M. Tomandl & P. Braun)

Abb.: Gesamtansicht des interaktiven Quantenlabors. (Bild: U. Wien, M. Tomandl & P. Braun)

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 nun das Team der Forschungs­gruppe Quanten­nanophysik der Uni Wien rund um Markus Arndt gelöst. Es wurden nun erstmals zwei Forschungs­labore als voll­ständige, photo­realistische Computer­simulationen geschaffen, um Schülern, Studierenden sowie der 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.

Ein Lernpfad führt dabei die BesucherInnen in die Welt delokali­sierter komplexer Moleküle. Eine Reihe von Laboraufgaben und wichtige Hinter­grund­informa­tionen zum Verständnis der Experimente stehen bereit, um Schritt für Schritt in die Quanten­welt einzutauchen. Die Entwicklung der spielerisch aufbereiteten Software wurde zusammen mit Schülern und Studie­renden durch­geführt und über mehrere Entwick­lungs­zyklen didak­tisch begleitet.

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 lassen sich im virtuellen Labor mit Hilfe­stellungen nun erstmals frei zugänglich selbst – virtuell – durch­führen.

Interferenz komplexer Moleküle im Kapitza-Dirac-Talbot-Lau interferometer (Bild: U. Wien, M. Tomandl & P. Braun)

Abb.: Interferenz komplexer Moleküle im Kapitza-Dirac-Talbot-Lau interferometer (Bild: U. Wien, M. Tomandl & P. Braun)

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.

U. Wien / OD

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