Didaktik21 – scientific programme

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DD: Fachverband Didaktik der Physik

DD 45: Praktika / Neue Praktikumsversuche 3

DD 45.2: Talk

Wednesday, March 24, 2021, 12:20–12:40, R4

Matched Filtering im Fortgeschrittenenpraktikum fürs Lehramt anhand eines Analogieversuchs zur Gravitationswellendetektion — •Michael Daam¹, Antje Bergmann¹, Carsten Rockstuhl¹ und Ronny Nawrodt² — ¹Institut für Theoretische Festkörperphysik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) — ²Physik und ihre Didaktik, Universität Stuttgart

Matched Filtering wird in der Datenanalyse eingesetzt, um gemessene Daten systematisch auf theoretisch vorhergesagte Muster zu untersuchen. Mathematisch beruht sie auf der Kreuzkorrelation gemessener und erwarteter Daten. Die Methode ist in vielen modernen physikalischen Experimenten in den Erkenntnisprozess involviert, wie zum Beispiel bei der Gravitationswellendetektion. Das vorgestellte Experiment bietet fortgeschrittenen Studierenden die Möglichkeit, sich in diesem Kontext anschaulich mit der Methode auseinanderzusetzen.

Ebenso wie das reale LIGO Gravitationswellenobservatorium besteht der Praktikumsversuch aus einem Michelson-Interferometer. In diesem Analogieaufbau werden modellierte Signale möglicher Gravitationswellenereignisse mit einem Piezo-Aktuator an einem der Endspiegel in das Interferometer eingekoppelt und die daraus resultierenden Helligkeitsschwankungen im Interferenzmuster mit einer Photodiode gemessen. Die Soundkarte des Computers dient hier gemeinsam mit der Freeware Audacity als preiswerter Datenlogger. Mithilfe des Matched Filtering können die Studenten nun die gemessenen Signale unterscheiden und den entsprechenden Ereignissen zuordnen.