Im dunklen Bild tauchen plötzlich helle Spuren auf. Einige ziehen sich als lange, feine Linien quer durch die Kammer. Andere erscheinen kurz, kräftig und fast punktförmig. Manche verlaufen gerade, andere wirken leicht gekrümmt oder verzweigen sich für einen Moment. Dann lösen sie sich wieder auf, als würden kleine Staubfäden im Nebel zerfallen. Was auf den ersten Blick wie zufällige Schlieren aussieht, sind Spuren von Teilchen, die normalerweise unsichtbar bleiben.
Eine Nebelkammer ist dabei kein Raum, sondern ein technisches Gerät: eine geschlossene, beleuchtete Kammer, in deren Innerem ein feiner Nebel entsteht. Fliegen geladene Teilchen hindurch, hinterlassen sie für kurze Zeit sichtbare Spuren. So macht die Nebelkammer sichtbar, was das menschliche Auge sonst nicht erkennen kann.
An der Hochschule Landshut steht seit einigen Jahren ein solches Gerät. Ursprünglich stammt es aus einer Spende des Kernkraftwerks Isar II. Der Teilchendetektor macht Spuren winziger Teilchen sichtbar, die zum Beispiel bei radioaktiven Zerfällen entstehen oder als kosmische Strahlung aus dem Weltall auf die Erde treffen. In der besonderen Atmosphäre der Kammer hinterlassen sie feine Tröpfchenspuren. An deren Form lässt sich erkennen, um welche Art von Teilchen es sich handeln könnte.
Studierende der Fakultät Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen haben das Großgerät nun mit moderner Technik verbunden. Im Rahmen des Moduls „Projektarbeit in der Praxis“ entwickelten sie eine Webanwendung, über die Interessierte die Teilchenspuren online ansehen und verschiedene Teilchenarten auswählen können.
„Die Nebelkammer macht sichtbar, was sonst verborgen bleibt“, erklärt Prof. Dr. Stefan-Alexander Arlt, Leiter des Labors Energiewirtschaft und -technik. „Durch die Verbindung mit KI und einer Webanwendung ist daraus ein anschauliches Angebot entstanden, das physikalische Phänomene verständlich macht und zugleich zeigt, wie Studierende technische Lösungen für reale Anwendungen entwickeln.“
KI erkennt Muster in den Teilchenspuren
Damit aus den sichtbaren Spuren auswertbare Informationen werden, setzten die Studierenden künstliche Intelligenz ein. Gemeint ist ein Computerverfahren, das anhand vieler Beispiele lernt, Muster zu erkennen. Für dieses Training sichtete das Projektteam Videomaterial aus der Kammer und markierte die Teilchenspuren Bild für Bild. Erst durch diese Vorarbeit konnte das System lernen, verschiedene Spuren voneinander zu unterscheiden.
Auf der Webseite ist derzeit eine Aufzeichnung der Kammer zu sehen. Interessierte können interaktiv auswählen, welche Teilchenart angezeigt werden soll. Dazu gehören unter anderem Beta-Teilchen, Alpha-Teilchen, Protonen/Myonen und sogenannte V-Zerfälle. Die ausgewählten Spuren werden farblich hervorgehoben und durch kurze Informationen ergänzt. In einem nächsten Schritt ist geplant, diese Auswertung in Echtzeit vorzunehmen.
Technisch war das Projekt anspruchsvoll. Das Team musste Kameraaufnahmen, KI-Auswertung und Weboberfläche miteinander verbinden. Hinzu kamen Tests auf verschiedenen Systemen, Anpassungen im Code und die Frage, wie sich die Ergebnisse verständlich darstellen lassen.
„Besonders spannend war für uns, dass aus einem klassischen physikalischen Experiment ein digitales Angebot entstanden ist, das auch andere direkt nutzen können“, erklärt das Projektteam.
Ein Angebot für Schule, Hochschule und Öffentlichkeit
Die digitale Anwendung kann nicht nur in der Hochschullehre eingesetzt werden, sondern ist auch für Schulen interessant. Lehrkräfte können damit zeigen, wie Teilchen sichtbar gemacht werden und wie moderne Verfahren der Bildauswertung funktionieren. Gleichzeitig verbindet das Projekt Grundlagen der Physik mit Informatik, Elektrotechnik und Webentwicklung.
Abrufbar ist das Angebot unter nebelkammer.etwi.haw-landshut.de. Dort können Interessierte die Aufzeichnung ansehen, Teilchenarten auswählen und sich weitere Informationen anzeigen lassen. Mit ihrem Projekt zeigen die Studierenden, dass Teilchen nicht nur ein Thema aus dem Physikunterricht sind. Sie sind überall um uns herum, die ganze Zeit.
Modul: Projektarbeit in der Praxis
Fakultät: Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen
Projektleitung: Prof. Dr. Stefan-Alexander Arlt
Projektteam: Achraf Zenkri, Steve Yannick Eyango, Alaudin Ibishi, Lennart Metko, Carlos Javier Maria Moreira, Claude Laurelle Fanche Yimta, Yassine Bel Fadil
Foto: Hochschule Landshut
(Frei zur Verwendung bei Angabe der Quelle)
Bildunterschrift:
Das studentische Projektteam an der Nebelkammer der Hochschule Landshut: v. l. Achraf Zenkri, Steve Yannick Eyango, Alaudin Ibishi, Lennart Metko, Carlos Javier Maria Moreira, Claude Laurelle Fanche Yimta, Yassine Bel Fadil und Prof. Dr. Stefan-Alexander Arlt (rechts).
