Liebe Eltern,
der Förderverein konnte in 2020 bereits dem Fachbereich Geografie eine Drohne, der Bigband und Smallband Noten, Stimmgeräte und weiteres Zubehör beschaffen, Projekte der Film-AG und des LK Kunst unterstützen, Oberstufenschüler auf Exkursion zum Thema Gewässerökologie oder ins Tropenhaus schicken und 5 Glockenspiele für den Musikunterricht kaufen. Wir haben auch sehr gerne Projekte vorfinanziert, wie das Drucken des Beethoven-Schulplaners oder zuletzt die Sticks mit der Filmdokumentation der Film-AG.
Nun möchten wir dieses besondere Jahr 2020 noch positiv abschließen: mit der Erfüllung eines Wunsches des Fachbereichs Physik.
Auf dem Wunschzettel „der Physiker“ steht ein Quantenradierer. Eine Beschreibung der Funktionsweise und Anwendungsmöglichkeiten durch den Fachbereichsleiter Sebastian Beumler haben Sie per Mail erhalten und finden Sie zusätzlich unter diesem Text. Wir glauben, dass der Quantenradierer eine großartige Bereicherung des praktischen Physikunterrichtes der Oberstufe sein wird.
Wir können diesen Wunsch jedoch nur mit Ihrer Unterstützung erfüllen: Die Gesamtkosten betragen ca. 2.000 Euro, der Förderverein könnte davon 1.000 Euro übernehmen. Die fehlenden 1.000 Euro würden wir sehr gerne durch Ihre Spenden realisieren:
Förderverein des Beethoven-Gymnasiums Lankwitz e.V.
Commerzbank AG
DE53 1008 0000 0481 0168 00
Verwendungszweck: Spende Quantenradierer
Bitte senden Sie uns Ihre Anschrift an unsere Mailadresse wir-foerdern@beethoven-gymnasium.eu, wenn Sie eine Spendenquittung wünschen. Den aktuellen Spenden-Stand werden wir jeweils auf der Schulhomepage veröffentlichen.
Herzlichen Dank. Wir wünschen Ihnen glückliche, ruhige und gesegnete Weihnachten und einen guten Rutsch ins neue Jahr!
Ihr Vorstand des Fördervereins
Heike Augst, Susanne Vetter & Tilo Zepernick
Informationen zur Anschaffung eines Quantenradierers
Das dritte Semester der Oberstufe beinhaltet die Themen „bewegte Ladungsträger in elektrischen und magnetischen Feldern“ sowie „Quantenphysik“. Sowohl in den Grundkursen als auch in den Leistungskursen Physik werden demnach Themen der Quantenphysik behandelt. Eine der spannendsten Konsequenzen der quantenmechanischen Betrachtungsweise ist, dass der aktive Messprozess das Ergebnis eines Quantenzustandes aktiv verändert. Die reine Beobachtung an sich, verändert also das zu Beobachtende. Diese Eigenschaft von Quantensystemen unterscheidet sich fundamental von klassischen Systemen und dem im Alltag Beobachtbaren und ruft daher regelmäßig kognitive Konflikte bei den Lernenden hervor.
Aufgrund der Tatsache, dass im Alltag solche Eigenschaften nicht vorkommen, führt dies regelmäßig dazu, dass Schülerinnen und Schüler den Effekt schlicht nicht glauben. Der Quantenradierer als Demonstrationsexperiment bietet nun mithilfe moderner Messprinzipien die Möglichkeit, den Effekt für alle sichtbar zu machen und ihn den Schülerinnen und Schülern „live“ zu zeigen. Meiner Meinung nach erhöht dies die Bereitschaft, sich mit der abstrakten Quantentheorie des Lichts auseinanderzusetzen.
Der Rahmenlehrplan für die gymnasiale Oberstufe sieht zwar die theoretische Auseinandersetzung mit der Quantenphysik vor, nicht jedoch den experimentellen Zugang, da dieser schlicht zu kostenintensiv ist. Die Ermöglichung des experimentellen Zuganges würde meiner Ansicht nach jedoch die Qualität der Lehre deutlich erhöhen und gerade eher praktisch orientierten Schülerinnen und Schülern beim Verstehensprozess helfen. Aus diesem Grund beantrage ich die Anschaffung eines Quantenradierers durch den Förderverein, da dieser explizit nicht zur Grundausstattung der Berliner Schulen gehört, allen Physiklernenden der gymnasialen Oberstufe des Beethoven zu Gute kommt und damit die Lehrqualität erhöht. Im Folgenden wird der Quantenradierer kurz vorgestellt: Ein Laser bestrahlt einen Strahlteiler. Die den Strahlteiler verlassenden Teilstrahlen werden über Spiegel später wieder zusammengeführt und am Schirm überlagert. Man erhält ein Interferenzbild als Folge der Überlagerung. Die Apparatur ist so konstruiert, dass sich zeitgleich nur ein Photon im Innern des Interferometers befindet. Ein Photon ist hierbei die kleinste, nicht mehr teilbare Einheit von Licht. Bei der klassischen Betrachtung von Licht kann es entweder kein Interferenzbild oder ein dauerhaftes Interferenzbild geben. Das Bild am Schirm muss demnach unabhängig von möglichen Messungen am Licht im Innerndes Interferometers sein.
Die Quantenphysik sagt voraus, dass – solange keine Messungen vorgenommen werden – auch unteilbare Objekte mehrere Wege gleichzeitig durchlaufen können, wobei beide Wege in Superposition zueinanderstehen und am Ende ein Interferenzbild zu erhalten ist. Nimmt man jedoch Messungen vor, z. B. über senkrecht zueinander orientierte Polarisationsfilter; so verschwindet das Interferenzbild. Dieser Sachverhalt lässt sich mit dem gewünschten Gerät direkt zeigen und sorgt dafür, dass die klassische – allgemeinbild-orientierte – Betrachtung von Licht zwingen zu verwerfen ist und eine neue - quantentheoretische – Betrachtung nötig ist.
Das Gerät kann jedoch noch mehr: Die Quantenmechanik fordert, dass die Löschung der Information darüber, welchen Weg das Photon gegangen ist, wieder zur Interferenz führt, welche sich am Schirm beobachten lässt. Dieser Sachverhalt ist klassisch erst recht nicht zu verstehen. Das Interferenzbild ist ohne Messungen vorhanden. Der Einsatz zweier komplementärer Polfilter (Beobachtung der Photonen) zerstört das Interferenzbild, die erneute Messung über einen dritten Polfilter nach der Strahlzusammenführung (Löschung der Information) lässt es wiedererscheinen. Der Quantenradierer bietet die Möglichkeit, diese abstrakten Phänomene direkt zu beobachten und erleichtert daher die Lehre im Themenfeld der Quantenphysik ungemein. Zudem sind die Einzelkomponenten der Apparatur auch für andere Experimente einsetzbar, z. B. für die Messung des Brechungsindexes der Luft oder für die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit aus dem zweiten Semester der gymnasialen Oberstufe. Der Mehrwert liegt also nicht nur in einem Experiment, obschon dieses alleine ein Schlüsselexperiment darstellt und von hohem Wert ist.
Mit freundlichen Grüßen
Sebastian Beumler
(Fachleiter Physik, Beethoven Gymnasium)
