Bild: Deutsches MuseumDie Jugendlichen erhalten von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn eine Einführung in das Forschungsgebiet Teilchenphysik und analysieren unter deren Anleitung selbst echte Daten von Großexperimenten.
Im Deutschen Museum Bonn können die Schülerinnen und Schüler den Bereich »Elementares: Besuch im Teilchenzoo« erkunden und neben originalen Teilchenbeschleunigern an vielen Demonstrationen Hands-On in die Welt der kleinsten Teilchen eintauchen. Das Besondere an der Machine Learning Masterclass ist der Fokus auf modernen Methoden der Datenauswertung. Dies ist thematisch passend eingebettet, da das Deutsche Museum Bonn, Forum für KI, eine Vielzahl an Exponaten und Visualisierungen hat, die den Blick in die »Black Box« zulassen und in der Interaktion eine Idee davon geben, wie Maschinen lernen und trainiert werden.
Bild: Deutsches Museum
Inhalte
Bei der Kollision eines Teilchenstrahls in den großen Detektoren entstehen Abermillionen von Daten. Künstliche Intelligenz hilft dabei, aus der Fülle der Ereignisse jene herauszufiltern, die noch nicht bekannt sind und näher untersucht werden sollen. Um die Funktionsweise eines Pixeldetektors nachzuvollziehen, findet sich auch hierzu eine interaktive Demonstration im Museum.
Physikerinnen und Physiker schreiben Programme, die die Datenauswertung umsetzen und auf diesen Methoden basieren. Hier werden Neuronale Netzwerke eingesetzt, die mit einem bekannten und gut verstandenen Datensatz trainiert und dann auf den Rest der Daten angewendet werden. Um die Daten auszuwerten, werden die Ereignisse, die mit dem Detektor aufgezeichnet werden, in verschiedene Kategorien eingeteilt. Anstatt Ereignisse anhand einzelner, unkorrelierter Eigenschaften zu kategorisieren, wird in dieser Masterclass ein neuronales Netzwerk verwendet, welches alle Eigenschaften gemeinsam betrachtet und optimal nutzt.
Im Rahmen der Masterclass werden die Daten des OPAL-Experiments genutzt. Um das Verzweigungsverhältnis anhand der OPAL-Daten zu bestimmen, trainieren die Schülerinnen und Schüler ein Neuronales Netzwerk zur Identifikation von Ereignissen und analysieren anschließend die OPAL-Daten.
Für Schülerinnen und Schüler, die älter als 16 Jahre sind, ist eine Besichtigung der ELSA-Teilchenbeschleunigeranlage am Physikalischen Institut möglich, welches das abwechslungsreiche Angebot der Bonner Physik, des Deutschen Museums Bonn und von Netzwerk Teilchenwelt ergänzt.
Die Machine-Learning Masterclass wurde an der Universität Münster entwickelt und in Zusammenarbeit mit PUNCH didaktisch weiter entwickelt.
Weiterführende links und Informationen der Universität Bonn
Die Kosten für die Teilnahme am Workshop übernimmt das »Netzwerk Teilchenwelt«.
