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Ein Bild sagt mehr
als 1000 Zahlen

Zeigen wissenschaftliche
Bilder wirklich die Realität?

Wie viel Manipulation
steckt in einer
Abbildung?

Wie kann man etwas
abbilden, das man
nicht sehen kann?

ANKA - Ångströmquelle Karlsruhe

Auf dem Gelände des Karlsruher Instituts für Technologie steht der Teilchenbeschleuniger ANKA (hier als Modell dargestellt). Wissenschaftler aus den verschiedensten Fachgebieten nutzen ihn für ihre Forschung. Denn er erlaubt es ihnen, Prozesse und Strukturen zu untersuchen, die sonst nicht sichtbar wären. Doch auch ANKA wird untersucht. Noch sind nicht alle Möglichkeiten des Beschleunigers erforscht, noch stellt er die Wissenschaftler vor manches Rätsel.

Es gibt also Forschung ÜBER ANKA und Forschung MIT ANKA.

Erfahre mehr
über das
ANKA

Eine Wissenschaftlerin, die sich mit der Erforschung der komplexen Apparatur beschäftigt, ist Dr. Nicole Hiller. Sie untersucht, wie sich Elektronen verhalten, wenn sie in kleine Päckchen zusammengestaucht werden. Dafür benötigt sie einen speziellen Versuchsaufbau, der es ihr ermöglicht, die Form der Elektronenpäckchen abzubilden. Da sich die Teilchen beinahe mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, sind sie zu schnell für die konventionellen Messmethoden.
Wichtigstes Element für ihre Methode ist ein unscheinbarer Kristall.

Eine Wissenschaftlerin, die sich mit der Erforschung der komplexen Apparatur beschäftigt, ist Dr. Nicole Hiller. Sie untersucht, wie sich Elektronen verhalten, wenn sie in kleine Päckchen zusammengestaucht werden. Dafür benötigt sie einen speziellen Versuchsaufbau, der es ihr ermöglicht, die Form der Elektronenpäckchen abzubilden. Da sich die Teilchen beinahe mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, sind sie zu schnell für die konventionellen Messmethoden.
Wichtigstes Element für ihre Methode ist ein unscheinbarer Kristall.

Eine Wissenschaftlerin, die sich mit der Erforschung der komplexen Apparatur beschäftigt, ist Dr. Nicole Hiller. Sie untersucht, wie sich Elektronen verhalten, wenn sie in kleine Päckchen zusammengestaucht werden. Dafür benötigt sie einen speziellen Versuchsaufbau, der es ihr ermöglicht, die Form der Elektronenpäckchen abzubilden. Da sich die Teilchen beinahe mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, sind sie zu schnell für die konventionellen Messmethoden.
Wichtigstes Element für ihre Methode ist ein unscheinbarer Kristall.

Eine Wissenschaftlerin, die sich mit der Erforschung der komplexen Apparatur beschäftigt, ist Dr. Nicole Hiller. Sie untersucht, wie sich Elektronen verhalten, wenn sie in kleine Päckchen zusammengestaucht werden. Dafür benötigt sie einen speziellen Versuchsaufbau, der es ihr ermöglicht, die Form der Elektronenpäckchen abzubilden. Da sich die Teilchen beinahe mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, sind sie zu schnell für die konventionellen Messmethoden.
Wichtigstes Element für ihre Methode ist ein unscheinbarer Kristall.

Eine Wissenschaftlerin, die sich mit der Erforschung der komplexen Apparatur beschäftigt, ist Dr. Nicole Hiller. Sie untersucht, wie sich Elektronen verhalten, wenn sie in kleine Päckchen zusammengestaucht werden. Dafür benötigt sie einen speziellen Versuchsaufbau, der es ihr ermöglicht, die Form der Elektronenpäckchen abzubilden. Da sich die Teilchen beinahe mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, sind sie zu schnell für die konventionellen Messmethoden.
Wichtigstes Element für ihre Methode ist ein unscheinbarer Kristall.

Eine Wissenschaftlerin, die sich mit der Erforschung der komplexen Apparatur beschäftigt, ist Dr. Nicole Hiller. Sie untersucht, wie sich Elektronen verhalten, wenn sie in kleine Päckchen zusammengestaucht werden. Dafür benötigt sie einen speziellen Versuchsaufbau, der es ihr ermöglicht, die Form der Elektronenpäckchen abzubilden. Da sich die Teilchen beinahe mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, sind sie zu schnell für die konventionellen Messmethoden.
Wichtigstes Element für ihre Methode ist ein unscheinbarer Kristall.

Eine Wissenschaftlerin, die sich mit der Erforschung der komplexen Apparatur beschäftigt, ist Dr. Nicole Hiller. Sie untersucht, wie sich Elektronen verhalten, wenn sie in kleine Päckchen zusammengestaucht werden. Dafür benötigt sie einen speziellen Versuchsaufbau, der es ihr ermöglicht, die Form der Elektronenpäckchen abzubilden. Da sich die Teilchen beinahe mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, sind sie zu schnell für die konventionellen Messmethoden.
Wichtigstes Element für ihre Methode ist ein unscheinbarer Kristall.

Die Forscherin macht sich die besondere elektro-optische Eigenschaft des Kristalls zu Nutze: Die superschnellen Elektronenpäckchen verursachen ein elektrisches Feld, wenn sie durch den Ring rasen. Der Kristall ändert seine optischen Eigenschaften, wenn er diesem Feld ausgesetzt wird. (Die Physikerin sagt, er wird „doppelbrechend“.) So kann Nicole Hiller die Eigenschaften der Elektronen über einen Umweg genauer messen: Sie schickt gleichzeitig einen Laserstrahl durch den Kristall, der dann auf einen Detektor trifft. Dieser zeichnet auf, wie sich der Strahl verändert hat.

Nach wenigen Sekunden ist das Experiment schon vorbei. Der Detektor erfasst dabei allerdings so riesige Datenmengen, dass sie nicht ohne einen leistungsstarken Computer auszuwerten sind. So dauert die Vorbereitung und Auswertung Wochen und Monate. Die entscheidende Analyse findet nicht direkt am Versuchsobjekt statt. Ab jetzt arbeitet die Wissenschaftlerin nur noch mit Zahlen und Bildern. Und gewinnt aus ihnen neue Erkenntnisse.

512 Pixel erzeugen 512 Zahlen. Diese Werte sind die Grundlage von allem, was danach passiert. Bis jetzt kann Nicole Hiller noch nicht mit Bildern arbeiten, denn die Messwerte werden vom Computer durch lange Zahlenreihen dargestellt. Vor ein paar Jahren mussten solche Daten von den Wissenschaftlern noch einzeln geordnet werden, heute werden sie direkt in ein weiteres Computerprogramm übertragen. Automatisch…

…erscheinen Graphen und Kurven auf dem Bildschirm. Die so entstandenen Darstellungen sind die „Fotos“ der Elektronenpäckchen, die Dr. Hiller jetzt auswerten kann. Noch zeigen sie nur viele farbige Linien. Klare Effekte oder Strukturen sind nicht erkennbar. Viele Bearbeitungsschritte sind notwendig: Zuerst muss die Forscherin aus den Messwerten das sogenannte Rauschen herausrechnen. Das entsteht immer, wenn der Detektor den Strahl erfasst. Zusätzlich muss sie verschiedene physikalische Einheiten umrechnen und relevante Messreihen auswählen.

Neben den mathematischen Überlegungen sind auch ganz simple ästhetische Entscheidungen wichtig: Wie viele Graphen vergleicht die Wissenschaftlerin in einem Diagramm? Wenige Linien sind übersichtlich und klar, manche Effekte erkennt man jedoch erst, wenn man hunderte Kurven nebeneinander setzt. Verschiedene Farben verdeutlichen Unterschiede, können aber auch einen falschen Eindruck vermitteln. So wirkt das rechte Diagramm wie die Aufnahme einer Wärmebildkamera. Die Erkenntnis und ihre Visualisierung sind hier untrennbar verbunden.

In einem letzten Schritt staucht sie die Kurven, um das Ergebnis ihrer Forschung deutlich zu zeigen: Wenige Unregelmäßigkeiten, die sonst nur mit einer Lupe sichtbar wären. Nach vielen kleinen, aber bedeutsamen Veränderungen ergibt sich ein einzelnes Bild als Ergebnis vieler Monate oder Jahre von Arbeit. Nichts an diesem Bild lässt noch erkennen, welche Leistungen und wie viele subjektive Entscheidungen darin stecken. Doch vom Kristall über den Sensor bis zu einer fertigen Veröffentlichung ist es ein weiter Weg. Was wir ein "wissenschaftliches Bild" nennen, ist eher abgebildete Wissenschaft.

Ein Projekt der Lehrredaktion im Wintersemester 2014/2015
am Karlsruher Institut für Technologie

Studiengang: Wissenschaft-Medien-Kommunikation

Nils Gensert, Nina Neser, Caspar Österreich & Nikolai Promies


Betreuende Dozenten:
Prof. Dr. Annette Leßmöllmann & Dr. Philipp Niemann

Programmierung und Unterstützung:
Nicolaz Groll & Thorsten Schwanninger


Mit freundlicher Unterstützung von

Prof. Dr. Anke-Susanne Müller & Dr. Nicole Hiller
von ANKA
(Ångströmquelle Karlsruhe)