Ein Teilchenbeschleuniger? Das ist doch ein riesiger Berg aus Technik, irrsinnig kompliziert und vielleicht sogar gefährlich, mögen viele denken. Seitdem der weltgrößte Teilchenbeschleuniger LHC der Europäischen Organisation für Kernforschung (Cern) in der Schweiz seinen Betrieb aufgenommen hat, ist das Wort in aller Munde. Knapp 27 Kilometer misst der LHC im Durchmesser und er beschleunigt Teilchen beinahe auf Lichtgeschwindigkeit, um sie dann gezielt miteinander kollidieren zu lassen. Manch einer beschwor gar die Gefahr, Schwarze Löcher könnten entstehen und die gesamte Erde verschlingen.

Dass es auch einige Nummern kleiner geht, deswegen aber trotzdem höchst spannend sein kann, beweisen derzeit eindrucksvoll 16 Schüler des Gymnasiums Ernestinum. In einem gemeinsamen Projekt mit der Hochschule Coburg entwickeln und bauen sie seit August letzten Jahres ein Zyklotron, eine bestimmte Variante eines Teilchenbeschleunigers.


Überregionale Aufmerksamkeit

Für ihre Arbeit wurden sie kürzlich mit dem ersten Preis beim "Innovation Award" der Schaeffler FAG Stiftung in Schweinfurt prämiert, wodurch dem Projekt nun auch überregionale Aufmerksamkeit zukam. "Die ursprüngliche Idee war ja, die Schüler bestmöglich auf technische Studienzweige vorzubereiten", erklärt Physiklehrer Christian Wolf, der das Projekt "Columbus - ein Schul- und Lehrzyklotron" leitet. "Es geht allerdings nicht nur um das Projekt, sondern vor allem auch um das didaktische Konzept dahinter." Die Teilnehmer aus den Jahrgangsstufen zehn bis zwölf realisieren das Projekt von Grund auf selbst, fertige Ergebnisse bekommen sie nicht präsentiert.

"Wir müssen die Schüler immer mitnehmen, sonst ist das Konzept verfehlt", betont Wolf, der offenkundig selbst mit großer Begeisterung bei der Sache ist. In kleinen Gruppen treffen sich die Schüler regelmäßig und stets außerhalb des Unterrichts, häufig auch samstags. Sie bekommen dafür nichts, lediglich bei den mündlichen Noten wird die Teilnahme hin und wieder wohlwollend berücksichtigt.

Einführung in die Vakuum-Physik

Von der Hochschule werden die Ernestiner fachlich und auch materiell unterstützt. "Cern ist natürlich eine ganz andere Liga, aber wir gehen hier schon richtig rein in die Elementarphysik", sagt Professor Martin Prechtl von der Fakultät Maschinenbau und Automobiltechnik. Er gab den Projektteilnehmern beispielsweise eine Einführung in die Vakuum-Physik. Einige Projektteilnehmer erlernten ein spezielles CAD-Programm, um am Computer eigene Bauteile konstruieren und anschließend selbst fräsen zu können.

Fachkundigen Rat bekamen die Schüler außerdem von Laboringenieur Andreas-Michael Geißler. In den Räumlichkeiten des Labors für Dünnschichttechnik dürfen sie die Gerätschaften aufbauen. Hans-Joachim Jirmann von der Fakultät Elektrotechnik und Informatik half den Schülern, ein Hochfrequenzsystem zu ergründen. Ein Signalgenerator liefert eine Spannung von 50 bis 70 Volt, die dann in einer Koppelstufe auf rund 4000 Volt hinauf transformiert wird. Das dabei entstehende elektrische Hochfrequenzfeld machen die Elftklässler Ellen Held und Lukas Ehrlich sichtbar, indem sie eine Leuchtstoffröhre in die Nähe der Gerätschaften halten, die sofort und ohne jede Berührung anfängt zu leuchten.

Hochfrequenzfeld nötig

Später wird das Hochfrequenzfeld nötig sein, um Protonen auf eine kreisförmige Bahn in einem luftleeren Magnetfeld zu beschleunigen. "Wir haben bis hierher theoretisch das Bestmögliche getan. Jetzt müssen wir sehen, dass es auch in der Praxis funktioniert", erklärt Rieka Rittsteiger, die für die Dimensionierung der Vakuumkammer zuständig war und sich nun um die korrekte Platzierung der Ionenquelle kümmert.

Dass die Physik längst keine reine Männerdomäne mehr ist, steht für die Schülerin der elften Jahrgangsstufe außer Frage. Nachdem Abitur möchte sie auf alle Fälle "etwas mit Technik" machen. Die Hochschule erhofft sich durch die Zusammenarbeit neuen Nachwuchs.

Projekt wird aufgeteilt

Physiklehrer Christian Wolf gab einen Ausblick über den weiteren Verlauf: Sobald die letzten Bauteile vorhanden sind, sollen die ersten Teilchen auf ihre Bahn geschickt werden. Wenn dies gelingt, wird sich das Projekt aufspalten. Einerseits wird es dann darum gehen, Experimente zu planen, Messungen durchzuführen und die Technik weiter zu optimieren. Andererseits möchte man den Teilchenbeschleuniger auch anderen Schulen zugänglich machen. Denn, wie Wolf betonte, sollen eben nicht nur die Physik begeisterten Schüler vom Projekt angesprochen werden, sondern beispielsweise auch die Wirtschaftler.

"Ohne die Unterstützung der Hochschule wären wir nicht so weit gekommen", sagt Wolf. Die bislang eingesetzte Technik habe immerhin einen Geldwert von 40.000 bis 50.000 Euro.