Die MPG-Schüler*innen Amélie Henke und Jonathan Vaupel aus dem 13. Jahrgang sind die diesjährigen Erste- Preisträger*innen im Wettbewerb der Hans-Riegel-Stiftung: Amélie für Physik und Jonathan für Mathematik. Eingereicht werden konnten Facharbeiten, die einem wissenschaftlichen Anspruch genügen und einen erkennbaren, orginellen Forschungsanteil beinhalten. Pro Fach (Mathematik, Physik, Chemie, Biologie, Informatik und Geographie [= Erdkunde]) werden bis zu drei Arbeiten prämiert. Dass die Hürde hoch ist, wird auch dadurch untermauert, dass in Informatik und Chemie in diesem Jahr überhaupt kein Preis vergeben wurde, weil die eingesandten Arbeiten den Ansprüchen offenbar nicht genügten. Wir freuen uns über den großen Erfolg von Amélie und Jonathan, die beide in ihren Facharbeiten Großes geleistet haben. Die Facharbeiten wurden im Rahmen des Seminarfachs des EA-Kurses Mathematik von Frau Maltzahn angefertigt.
Beide Preisträger*innen erhielten steuerfrei je 600 Euro Prämie. Dazu kam ein Betrag für die Schule, der nach einstimmiger Entscheidung aller Beteiligten im Wesentlichen für die Anschaffung einer Influenzmaschine verwendet werden soll, die unsere Physiksammlung sinnvoll ergänzt. Das Gerät hat thematisch durchaus Bezüge zu den Facharbeiten unserer beiden Schüler*innen.
Da in den Laudationes (Lobreden) auf die einzelnen Arbeiten ausführlich auf die Inhalte eingegangen wurde, kann mit Fug und Recht gesagt werden, dass sich die beiden MPG-Schüler*innen deutlich vom übrigen Bewerberfeld abgesetzt haben.
Wie “abgedreht” ihre Forschungsvorhaben waren, kann man den Reden (als Videos) oder aber noch besser ihren eigenen Worten entnehmen:
Jonathan über seine Arbeit:
“In meiner Facharbeit führe ich in die Thematik der divergenten unendlichen Reihen ein, um die Mathematik hinter dem Casimir-Effekt aus der Quantenphysik zu erklären. Unendliche Reihen sind Summen aus unendlich vielen Zahlen. Manche solcher Reihen nähern sich einem sogenannten Grenzwert immer weiter an, je mehr Zahlen man aufaddiert. Andere hingegen divergieren. Das heißt, dass die Summe unendlich groß wird und kein Grenzwert existiert. Aber dennoch kann man auch diesen Reihen einen Wert zuschreiben.
So behauptete der indische Mathematiker Ramanujan, der um 1900 lebte, dass die unendliche Addition der natürlichen Zahlen 1 + 2 + 3 + … eine negative Summe ergibt. Obwohl das natürlich falsch ist, steckt hinter dieser Behauptung eine divergente Reihe und ein zugewiesener Wert. Ich untersuchte anhand dieses Beispiels, wie man den Wert einer Reihe mit sogenannten Limitierungsverfahren berechnet, ging dabei auf die berühmte Riemannsche Zeta-Funktion ein und leitete die Euler-Maclaurin-Summenformel her.
Schließlich erklärte ich mithilfe der zuvor beschriebenen Mathematik, wie der Casimir-Effekt berechnet werden kann. Dieser Effekt beschreibt die unerwartete Anziehung von ungeladenen Metallplatten im Vakuum. Die physikalische Theorie geht von Vakuumfluktuationen aus, die im Zwischenraum der Platten aufgrund der räumlichen Begrenzung weniger sind als außerhalb. Aus dieser Differenz folgt, dass die Platten „zusammengedrückt“ werden. Mathematisch werden diese Vakuumfluktuationen durch die bereits erwähnte divergente Reihe 1 + 2 + 3 + … von Ramanujan beschrieben. Erst durch eine sogenannte Regularisierung kann man dann einen nicht unendlich großen Wert für die Stärke der Anziehung der Platten ausrechnen.”
Amélie über ihre Arbeit:
“2012 wurde am LHC (Large Hadron Collider) am Europäischen Teilchenforschungszentrum CERN in Genf die Existenz des Higgs-Bosons nachgewiesen. Dadurch eröffnen sich neue Forschungszweige in der Physik, insbesondere die Suche nach einer physikalischen Theorie, die über das Standardmodell (Erkenntnisse der Teilchenphysik nach heutigem Stand) hinausgeht. Beispielsweise stellt sich die Frage, ob es noch weitere bis jetzt unentdeckte Teilchen gibt.
Diese werden in Erweiterungsmodellen des Standardmodells beschrieben. Eines dieser Modelle, das TRSM (Two-real-singlet-Modell) postuliert zwei weitere Higgs-Boson-ähnliche Teilchen. In meiner Arbeit ”Vergleich einer Higgs-Boson-Zerfallshypothese mit CERN-Messdaten” wurden von ATLAS (einem der Detektoren am LHC) gemessene Ergebnisse mit theoretischen Vorhersagen aus dem TRSM verglichen. Die für den Vergleich notwendigen Berechnungen des Modells wurden mit einem Python-Programm durchgeführt, das von mir während eines Aufenthaltes am CERN geschrieben wurde.
Betrachtet wird der Vergleich für einen Zerfallskanal der Higgs-Paarproduktion, den b¯bWW-Zerfallskanal. Ziel der Arbeit war es, zu ermitteln, ob das Modell für bestimmte Energiebereiche durch die Daten ausgeschlossen werden könnte. Weiterhin wurden in der Arbeit Formeln und Modell-Parameter hergeleitet. Im Ergebnis war der Vergleich erfolgreich, es fanden sich keine Energiebereiche, für die das Modell verworfen werden müsste.”
