Quanten für alle!
Moderne Wissenschaft als photorealistisches Online-Game – das Quantenlabor für jedermann.
Ein virtuelles Labor ermöglicht erstmals die spielerische Erkundung moderner Quantenphysik. Die neuartige Lernumgebung wurde an der Fakultät für Physik der Uni Wien in Zusammenarbeit mit Studierenden und Schülern entwickelt und ist frei online verfügbar.
Abb.: Gesamtansicht des interaktiven Quantenlabors. (Bild: U. Wien, M. Tomandl & P. Braun)
Aktuelle Forschungsexperimente sind oft zu teuer und komplex, um sie für Lehrzwecke nachzubauen und einzusetzen. Die Herausforderung, moderne Wissenschaft dennoch allgemein zugänglich zu machen, hat nun das Team der Forschungsgruppe Quantennanophysik der Uni Wien rund um Markus Arndt gelöst. Es wurden nun erstmals zwei Forschungslabore als vollständige, photorealistische Computersimulationen geschaffen, um Schülern, Studierenden sowie der Öffentlichkeit einen virtuellen Zugang zu weltweit einmaligen Instrumenten zu ermöglichen. „Man könnte es als eine Art Flugsimulator der Quantenphysik bezeichnen“, schmunzelt der Quantenphysiker Mathias Tomandl, der die wesentlichen Elemente dieser Simulation im Rahmen seiner Dissertation geschaffen hat.
Ein Lernpfad führt dabei die BesucherInnen in die Welt delokalisierter komplexer Moleküle. Eine Reihe von Laboraufgaben und wichtige Hintergrundinformationen zum Verständnis der Experimente stehen bereit, um Schritt für Schritt in die Quantenwelt einzutauchen. Die Entwicklung der spielerisch aufbereiteten Software wurde zusammen mit Schülern und Studierenden durchgeführt und über mehrere Entwicklungszyklen didaktisch begleitet.
Die virtuellen Labore geben Einblick in fundamentale Einsichten und Anwendungen der Quantenmechanik mit Makromolekülen und Nanoteilchen. Dabei wurde in den vergangenen Jahren der Welle-Teilchen-Dualismus an den bis heute komplexesten Molekülen nachgewiesen. Diese Experimente lassen sich im virtuellen Labor mit Hilfestellungen nun erstmals frei zugänglich selbst – virtuell – durchführen.
Abb.: Interferenz komplexer Moleküle im Kapitza-Dirac-Talbot-Lau interferometer (Bild: U. Wien, M. Tomandl & P. Braun)
Derzeit kann eine Kurzversion des virtuellen Labors als interaktives Exponat im Rahmen der Sonderausstellung „Das Wissen der Dinge“ im Naturhistorischen Museum Wien getestet werden. Im Rahmen der Wanderausstellung „Wirkungswechsel“ des Science-Center-Netzwerks wird das virtuelle Quantenlabor an verschiedenen Standorten in Österreich verfügbar sein.
U. Wien / OD
