Schneller als das Licht – Bitburger Schüler starten bei Bundeswettbewerb

Jugend forscht : Schneller als das Licht – Bitburger Schüler starten bei Bundeswettbewerb

Simon Tebeck und Peter Elsen von der Gesamtschule St. Matthias in Bitburg haben den Landesentscheid „Jugend forscht“ 2019 im Fachbereich Physik gewonnen – jetzt geht es weiter zum Bundeswettbewerb.

Wenn Simon Tebeck und Peter Elsen von ihrem Projekt sprechen, wirkt es ein bisschen wie in „The Big Bang Theory“. Die jungen Schüler beschäftigen sich für „Jugend forscht“ mit „Superluminarem Tunneln“.

„Seit anderthalb Jahren geht da schon eine Menge Zeit drauf“, erzählt Simon Tebeck. Einmal die Woche hätten sie sich in ihren Freistunden getroffen, um sich dem Projekt zu widmen. Die waren auch nötig, denn sie haben zudem viel Freizeit investiert, um die Theorie zu verstehen, sich mit Physikern auszutauschen, Experimente vorzubereiten und durchzuführen sowie die schriftliche Ausarbeitung auf 15 Seiten.

Doch um was geht es beim „Superluminaren Tunneln“ überhaupt? Bereits im Untertitel des Projektes wird erklärt, dass die Elftklässler sich mit der „Informationsübertragung mit Überlichtgeschwindigkeit“ beschäftigen. Allgemein sei zu sagen, dass der Tunneleffekt in der Quantenmechanik zum Tragen kommt und scheinbar Unmögliches möglich macht: Kleinste Teilchen können auch unüberwindbare Barrieren durchdringen, also durchtunneln. Tebeck und Elsen erklären es in einem größeren Maßstab, damit man es sich besser vorstellen kann: Ein Ball wird 300 000 Mal gegen eine Wand geworfen und es passiert nichts.

Beim 300 001. Mal hingegen fliegt der Ball einfach durch die Wand. Das geschieht mit winzigen Teilchen in der Quantenmechanik – und das sehr viel häufiger, als man glaubt. Als Beispiel nennen die Schüler Vorgänge wie die Kernfusion in der Sonne, die Datenspeicherung auf einem USB-Stick oder den radioaktiven Zerfall – ohne den Tunneleffekt wäre all das nicht möglich. In den 90er Jahren hat sich der Kölner Physikprofessor Günter Nimtz den Effekt genauer angesehen und damit experimentiert, ob und insbesondere wie schnell Informationen durch diesen Tunnel geschickt werden können. Sein Ergebnis damals: Ja, man kann – im Tunnel, so Nimtz, haben sich die Informationen mit 4,7-facher Lichtgeschwindigkeit bewegt. Das widerspricht allerdings der Speziellen Relativitätstheorie von Einstein, wonach Signale sich niemals schneller als das Licht ausbreiten können – falls doch, könne ein Zeitparadoxon entstehen. In der Physikwelt löste das große Diskussionen aus, viele Kollegen, unter ihnen Harald Lesch (bekannt als Moderator von TV-Sendungen wie „Leschs Kosmos“ oder „Terra X“) zweifelten an dem Versuch. Diese bis heute in Fachkreisen nicht geklärte Kontroverse ist der Grund für die Faszination der beiden Schüler.

Tebeck und Elsen haben sich daher entschieden, sich mit einem ähnlichen Experiment genauer zu beschäftigen. An einem Doppelprisma aus Glas wiesen sie zunächst den Tunneleffekt allgemein nach. Mit „Smoke on the Water“ von Deep Purple haben sie es zudem auch geschafft, Informationen durch einen quantenmechanischen Tunnel zu übertragen. Schließlich befassten sie sich auch mit der Geschwindigkeit: Die Nachwuchsforscher kommen zu ähnlichen Ergebnissen wie Nimtz, dass Überlichtgeschwindigkeit erreicht wird. „Die beiden großen Theorien der modernen Physik, Quantenmechanik und Relativitätstheorie, sind einfach noch nicht kompatibel“, sagt Simon Tebeck. „Getreu dem diesjährigen Jugend-forscht-Motto ,Frag dich!’ können wir festhalten, dass es sich lohnt, selbst zu forschen und sich eine eigene Meinung zu bilden“, sagt Peter Elsen.

Foto: Simon Tebeck, Peter Elsen

Ihr nächster Schritt ist die Teilnahme am Bundeswettbewerb „Jugend forscht“ vom 16. bis 19. Mai in Chemnitz. Doch auch als Gewinner des Landeswettbewerbs können die beiden sich bereits über Gewinne freuen.

Peter Elsen macht ein Praktikum bei der BASF in Ludwigshafen. Simon Tebeck wohnt eine Woche in München im Deutschen Museum im Kerschensteiner Kolleg und kann an Veranstaltungen und Seminaren des Museums teilnehmen. Ob sie sich später tiefgehender mit Physik beschäftigen, wissen die beiden Schüler noch nicht. Naturwissenschaftlich soll es aber auf jeden Fall bleiben: Tebeck zieht es zur Mathematik, Elsen eher in den Informatikbereich. Den Forscherdrang dafür haben sie jedenfalls.

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