...erstreckten sich die Themen, mit denen ich mich vom 05.05.-08.05.2025 beim MINT-EC-Camp „Nukleare Astrophysik“ an der Technischen Universität Dresden beschäftigen durfte. Denn in diesem Grenzbereich zwischen Kernphysik und Astrophysik versuchen Wissenschaftler durch die Untersuchung der allerkleinsten Strukturen, beispielsweise die subatomaren Prozesse bei der Energieumwandlung in Sternen, Erkenntnisse über den Aufbau der allergrößten Strukturen zu gewinnen, also Sonnensysteme, Galaxien und unser Universum. Die Nukleare Astrophysik stützt sich dabei auf drei Säulen – die Beobachtung des Himmels, Experimente, z.B. an Teilchenbeschleunigern, und digitale Modellierung – von denen wir die letzten beiden im Rahmen des Forschungsprojekts CheTEC selber anwenden und ausprobieren durften. CheTEC steht für „Chemical Elements as Tracers of the Evolution of the Cosmos“ und beschäftigt sich mit der Frage, inwiefern anhand vom Vorkommen verschiedener chemischer Elemente Rückschlüsse auf die Entwicklung des Universums gezogen werden können.
Zunächst besuchten wir den Teilchenbeschleuniger im Felsenkeller-Labor Dresden, ein Linearbeschleuniger mit dem sensitivsten Detektor in ganz Deutschland! Dass „Felsenkeller“ nicht nur so ein Name ist, sondern tatsächlich bedeutet, dass diese Hightech-Anlage in einem alten Stollen zu finden ist, davon war die gesamte Gruppe einigermaßen überrascht. Jedoch erfuhren wir, dass Messungen an Untertage-Beschleunigern durch die dicken Gesteinsschichten um sie herum kaum von kosmischer Strahlung beeinflusst werden und deshalb besonders präzise sind.
Zurück an der TU wies uns ein Doktorand in die CheTEC-Datenbank ein, anhand derer wir die Spektren verschiedener Sterne untersuchen durften. In diesen Spektren ist im Wesentlichen aufgetragen, wie viel Licht eines Sterns von welcher Wellenlänge bei uns ankommt. Dabei fällt auf, dass bei bestimmten Wellenlängen deutliche Einschnitte zu sehen sind, dieses Licht geht auf dem Weg zu uns also irgendwo „verloren“. Jedes chemische Element hat nun einen charakteristischen Fingerabdruck, eine Kombination von bestimmten Wellenlängen, die es absorbiert. Wenn dieses Element also im Stern vorhanden ist, kommt von genau diesen Wellenlängen weniger bei uns an – je mehr von dem Element, desto tiefer der Einschnitt. Ausgehend von der Lage und Tiefe der Einschnitte im gegebenen stellaren Spektrum lässt sich also das Vorkommen und die Häufigkeit von Elementen in diesem Stern bestimmen.
Meine Arbeitsgruppe beschäftigte sich mit der Häufigkeit von Lithium in verschiedenen Arten von Sternen und verbrachte viele Stunden des Schickens von Abfragen an die Datenbank, auch noch spätnachts in der Hoffnung, schneller Rückmeldungen zu erhalten, wenn wenig andere auf den Server zugreifen wollen. Schließlich konnten wir die älteren, mit anderen Methoden ermittelten Literaturwerte bestätigen – leider, denn die von der theoretischen Vorhersage abweichende Lithiumhäufigkeit in Sternen ist eines der fundamentalsten ungelösten Probleme der Astrophysik. Nach verschiedensten Serverproblemen konnten wir also auch diesen Aspekt des wissenschaftlichen Arbeitens erleben: Was, wenn die experimentellen Ergebnisse einfach so gar nicht zur Theorie passen und in unserem Fall sogar die Sprengkraft besitzen, das gesamte Standardmodell der Teilchenphysik auf den Kopf zu stellen?
Gerade ungelöste Probleme wie dieses machen für mich ein mögliches Physikstudium, wozu wir von der TU Dresden umfangreiche Informationen erhielten, so spannend - nach dem kurzen, aber sehr lehrreichen und intensiven Einblick in die Nukleare Astrophysik im Rahmen des MINT-EC-Camps auf jeden Fall noch mehr als vorher!
Laura Paas, Q12