Moderne Forschung findet Platz im Physikunterricht

Jerzy Sromicki, Physiklehrer an der Kantonsschule Sursee.

Was Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Europäischen Labor für Teilchenphysik (CERN) in Genf tun, ist selbst für Physiklehrkräfte manchmal nur noch schwer verständlich. Trotzdem lassen sich Wege finden, die moderne physikalische Forschung, wie sie zum Beispiel am CERN betrieben wird, in den gymnasialen Physikunterricht einzubeziehen. Wie das gelingen kann, hat Jerzy Sromicki, Physiklehrer an der Kantonsschule Sursee (LU), vorgemacht.

Benjamin Estermann, ein Schüler Sromickis, stand Anfang Mai 2014 in der Endausscheidung des nationalen Wettbewerbs von 'Schweizer Jugend forscht' in Lausanne. Dort hat er seine Maturaarbeit über das Higgs-Teilchen vorgestellt, in der er sich intensiv mit der Entdeckung des neuen Elementarteilchens auseinandersetzt und statistische Berechnungen zum Nachweis des Higgs-Bosons nachvollzieht. Am Ende wurde die Arbeit mit dem Prädikat 'sehr gut' bewertet, und Benjamin Estermann sagt: „Ich habe die drei Tage in Lausanne genossen.“

Der Lehrer hinter dem Erfolg

Ein schöner Erfolg für den 17-jährigen Gymnasiasten, der an der Kantonsschule Sursee im Frühsommer 2014 seine Maturaprüfung ablegt. Einen wichtigen Anteil an dieser Arbeit hat Estermanns Physiklehrer Jerzy Sromicki. Sromicki war es nämlich, der Benjamin Estermann auf die Idee gebracht hat, sich von der Komplexität der Higgs-Forschung nicht abschrecken zu lassen und darüber eine Maturaarbeit zu schreiben. „Die Higgs-Entdeckung am CERN lag im Herbst 2012, als Benjamin Estermann ein Thema für seine Maturaarbeit suchte, nur wenige Monate zurück und war damit äusserst aktuell“, erinnert sich Sromicki.

Sromicki war nach der Ankündigung der Entdeckung eines „Higgs-ähnlichen Teilchens“ durch CERN-Physiker am 12. Juli 2012 klar, dass dieser kapitale Fund unter dringendem Nobelpreis-Verdacht stand. „Das schuf eine hervorragende Voraussetzung für einen Schüler, an diesem Thema zu arbeiten“, berichtet Sromicki, selber promovierter Physiker. „Eine zusätzliche Herausforderung bestand darin, diese Arbeit noch vor der Nobelpreis-Ankündigung abzuschliessen. Selbstverständlich brauchte es dazu einen hervorragenden Schüler.“ Sromickis Timing ist dann perfekt aufgegangen. Benjamin Estermann schloss seine Maturaarbeit 'Analysis of CERN's 2012 Boson Signal' im September 2013 ab – die Ankündigung des Nobelpreises 2013 für Peter Higgs und François Englert folgte anfangs Oktober auf dem Fuss.

Bogen geschlagen zum Higgs-Teilchen

Zwischen dem gymnasialen Physikunterricht und der Spitzenforschung am CERN besteht gewiss eine erhebliche Kluft, doch unüberbrückbar ist dieser Graben nicht, wie Jerzy Sromicki betont: „Als ehemaliger Forscher wollte ich selber die Details dieser Entdeckung verstehen, um ein besseres Gefühl für deren Bedeutung zu bekommen. Wir haben dann sehr bald beschlossen, eine 'unabhängige' Analyse durchzuführen, ohne Rücksicht auf die verwendete Methodik der an den ATLAS- und CMS-Experimenten tätigen Wissenschaftler. Die Analyse von Benjamin Estermann sollte mehrere Aspekte der Experimente vergleichen. So konnten z.B. auch Resultate von der ATLAS/CMS-Präsentation vom Juli 2012 mit den Daten der späteren Moriond-Konferenz verglichen werden. Ebenfalls sollten mit Gamma/Gamma und Z/Z verschiedene Zerfalls-Kanäle aufgegriffen werden, die den Higgs-Nachweis ermöglichten. Für seine Maturaarbeit musste Benjamin Estermann ihm aus dem Physikunterricht bekannte Methoden der Datenauswertung weiterentwickeln, um quantitative Aussagen über das Higgs machen zu können. Voraussetzung war Benjamins Fähigkeit, sich in kürzester Zeit in die Fragestellungen der Teilchenphysik, welche im regulären Unterricht der fünften Gymnasialklasse noch nicht thematisiert wurden, einzuarbeiten. Auch seine hervorragenden Informatik-Kenntnisse haben zum Erfolg der Arbeit entscheidend beigetragen.“

Der Physiklehrer aus Sursee hat sich nicht nur als Betreuer der Maturaarbeit mit dem Higgs-Teilchen und CERN beschäftigt. Er nahm unter anderem an einer Fortbildung über Teilchenphysik an der Universität Bern und an einem Weiterbildungstag für Physiklehrkräfte am CERN teil. „Das war sehr hilfreich. Die dabei gewonnenen Kontakte und die Beschäftigung mit 'echten' Messdaten des CERN haben mich in der Meinung bestärkt, dass dieses Projekt durchführbar ist“, erzählt Sromicki.

Benjamin Estermann, Maturand und im nationalen Wettbewerb von 'Sschweizer Jugend forscht' mit dem Prädikat 'Sehr gut' ausgezeichnet.
Benjamin Estermann, Maturand und im nationalen Wettbewerb von 'Sschweizer Jugend forscht' mit dem Prädikat 'Sehr gut' ausgezeichnet.Image: B. Vogel

Kompetenz und Bauchgefühl

Die Maturaarbeit von Benjamin Estermann ist ein anschauliches Beispiel, wie es gelingen kann, aktuelle Forschung in den Schulunterricht zu integrieren. Wie aber lassen sich Schülerinnen und Schüler für moderne Forschung begeistern? „Ich bin der Meinung, dass die fachliche Kompetenz der Lehrer entscheidend ist. Schülerinnen und Schüler sind fähig, diese in der täglichen Arbeit korrekt zu beurteilen. Während der Durchführung der Arbeit ist ein beidseitiger Glaube an den Erfolg des Projekts sehr wichtig. Als Lehrkraft braucht man darüber hinaus ein gutes Bauchgefühl für die richtigen Fragestellungen.“ Für Jerzy Sromicki steht dann auch fest: „Erfolgreiche Maturaarbeiten wie jene von Benjamin Estermann sind eine enorme Bereicherung für beide Seiten, sowohl den Schüler oder die Schülerin wie auch für ihren Betreuer.“

Ein auf Schweizer Physiklehrer zugeschnittenes Fortbildungsprogramm in Kooperation mit der Schweizerischen Physikalischen Gesellschaft (SPG).