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The Swiss Physical Society (SPS) is the national professional association of Physicists coming from teaching, research, development and industry. The diversity of modern research in physics is reflected in ten specific sections.

Image: ESO

22nd Swiss Physics Olympiad, Aarau 2016: five young Swiss gymnasians will participate to the International Physics Olympiads, this year in Zürich!

Antoine Pochelon (SSP Secrétaire), Lionel Philippoz (SwissPhO, UZH)

For interested students of gymnasial age, Olympiads in various domains are organized in Switzerland each year: in biology, chemistry, geography, informatics, mathematics, philosophy and of course physics (see The final round of the Swiss Physics Olympiad took place in Aarau on 2-3 April at the Neue Kantonsschule Aarau. During two days, the students had to tackle experimental and theoretical questions. Twenty-five participants, who qualified in the first selection round in January (in Bern, Zurich, Lausanne and Lugano), were confronted to 6 hours examinations. The goal is to get in the top five, which is equivalent to a place in the team representing Switzerland at the International Physics Olympiad (IPhO) this year, which will be held in Zurich. Furthermore, the first and second places get the “SPG Nachwuchsförderpreis, Prix de la Relève de la SSP” from our Society. The Academy SCNAT is supporting us for funding this activity.

The tough competition is challenging for the participants. They were tested in part on their theoretical knowledge in various fields of physics: they have notably been asked to investigate the source of energy of a space probe, the mechanics of the co-orbital moons of Saturn and properties of synchronous motors. On the other hand, the experimental part allowed participants to express their practical skills, such as measuring the period of a physical pendulum with the oscillations of a spring and determining the characteristics of a water jet.

The medal ceremony this year started under the sign of Albert Einstein, since Einstein and Aarau effectively cultivate a privileged relationship. Before entering ETHZ, Einstein completed his final year of high school at the Alte Kantonschule Aarau. This was described in the very interesting presentation by Dr. Herbert Hunziker, Alte Kantonsschule Aarau, entitled “Der junge Einstein und Aarau, Einstein auf dem Weg zur speziellen Relativitätstheorie”, in front of a public of the same age than Einstein was here more than a century ago. His talk also presented a very convincing demonstration of the non-absolute nature of time and space – that is the relativity of time and space! (see Fig. 1). Dr. Hunziker initiated also the installation of a bronze memorial tablet about Einstein in Aarau train station, witnessing the type of questions Einstein was raising at the age of seventeen (Fig. 2).

In the same vein, presenting rapidly the Swiss Physical Society, the next talk developed the recent finding of gravitational waves, a discovery that at the same time confirms by a direct measurement Einstein’s hundred years old prediction of their existence and is the first proof of the existence of black holes, opening new fields of research in astrophysics and cosmology.

Among the top five who were awarded gold medals and who have now the possibility to represent Switzerland at the IPhO 2016 in Zürich in July, the first and second, Bastian Lengen (Lycée-Collège de la Planta, Sion, VS, from Uvrier) and Henning Zhang (Kantonschule Wettingen, AG, from Villigen) received the special prize for young academics from the Swiss Physical Society, (Fig. 3). The two SPS-prize winners will normally be accompanied by the three other Gold-Medals winners, Quirin Reding (Kantonschule Alpenquai, LU, from Honau), Caroline Rossier (Collège Sainte-Croix, FR, from Cottens) and Nicolà Gantenbein (Ehemals Kantonschule Wattwil, SG, from Eschenbach). But there is a surprise now: Henning Zhang performed also extremely well at the Swiss Mathematics Olympiad (SMO), where he came out first in the preliminaries; this made him decide to continue the SMO line, leaving the place open for Markus Köhler (Kantonsschule Heerbrugg, SG, from Balgach) who thus will also contribute to the IPhO 2016 team.

Clearly, one would like to know a little bit more about these young people participating to the Olympiads, about their motivation and trajectory. In the box below are some ans­wers about their motivations from the winners of the SPS prize over the last four years, collected at the occasion of the SwissPhO 2016.

In conclusion, most oft the earlier participants and winners are truly happy to have this opportunity to continue as organizers for the younger one to come. As Viviane Kehl summarizes: “A lot of work but a lot of fun”.

“Dass ich mich vor etwas mehr als drei Jahren dazu entschieden habe, an der Schweizer Physikolympiade teilzunehmen, war nebst meinem großen Interesse für die Physik wohl auch etwas Zufall. Obwohl ich mich immer sehr leicht für Naturwissenschaften begeistern ließ, habe ich mich nie nach Möglichkeiten umgeschaut, meine Fähigkeiten in einem kompetitiven Umfeld unter Beweis zu stellen. Ich war damals in meinem letzten Jahr des Gymnasiums, Schwerpunktfach Physik und Mathematik, mit Plänen für ein Studium in Maschinenbau an der EPFL. Ein Klassenkamerad hat mich auf die Physikolympiade aufmerksam gemacht und nachdem ich mich etwas über den Wettkampf informiert hatte, war ich mir sicher, dass ich es zumindest einmal ausprobieren sollte. Mein Interesse war ebenfalls stark durch den Trailer der IPhO gestärkt worden, welcher mir ein besseres Bild davon gab, was für ein Umfeld mich an einer Physikolympiade erwarten würde. Und ich bin nicht enttäuscht worden. Mit einer Gruppe von interessierten, wissensdurstigen Jugendlichen soviel Zeit zu verbringen, andere Kulturen kennen zu lernen und dabei meinen eigenen Kenntnisse zu erweitern waren nur einige der Dinge, welche die Olympiade für mich zu einem Highlight zum Abschluss meiner Schulzeit gemacht haben, und mich auf der anderen Seite gut auf die höheren Anforderungen an einer Universität vorbereitet haben.”
Sven Pfeiffer, SwissPhO 2013, IPhO 2013. Student in Mechanical Engineering EPFL, presently in exchange at Carnegie Mellon University Pittsburgh.

“An der SwissPhO lernte ich viele interessierte und interessante Leute aus der ganzen Schweiz kennen, das war auch der Hauptgrund, teilzunehmen. Zusätzlich habe ich mich sehr an den Experimenten gefreut, insbesondere am Millimeterpapier, da dies sehr genaues Abtragen ermöglicht und somit erstaunlich genaue Resultate liefert. Und natürlich an den Laborbesichtigungen, wo wir Einblicke in die aktuelle Forschung erhielten. Ich weiß nun dank der SwissPhO, dass die EPFL einen kleinen Kernreaktor, Crocus, besitzt! ”
Viviane Kehl, SwissPhO 2012-13. Student in mathematics ETH Zürich and President of the Swiss Mathematical Olympiads.

“Ich habe an der SwissPhO teilgenommen, um Gleichgesinnte aus der ganzen Schweiz zu treffen und Spaß zu haben. Auch das Lösen der Aufgaben hat mir Freude bereitet. Vor allem die Experimente waren toll, weil man da herumbasteln konnte, wenn man bei den Rechnungen stecken blieb.”
Barbara Roos, SwissPhO 2013-14, IPhO 2014. Student in mathematics at ETH Zürich, member and volunteer at SwissPhO.

“Meine Motivation für die Teilnahme an der Physikolympiade war vor allem das Vorbereitungstreffen in Lausanne. Das Ziel war, die erste Runde zu bestehen, und am Training an der EPFL teilnehmen zu dürfen. Entsprechend groß war dann die Freude, als ich die erste Runde geschafft hatte, und ich ein spannendes Wochenende in Lausanne verbringen konnte.”
Rafael Winkler, SwissPhO 2013-14, IPhO 2014. Student in physics at ETH Zürich, member and volunteer at SwissPhO.

“Dès mon plus jeune âge, j’ai cherché à comprendre les mille et un mystères qui se présentaient à moi quotidiennement. Les plus intrigants m’apparaissaient à chaque fois que je me couchais dans l’herbe, les soirs d’été. J’y contemplais le ciel étoilé, si profond, si mystérieux, qui me bombardait de questions.
En grandissant, un grand nombre de ces interrogations ont trouvé des réponses. L’école m’a permis de solutionner quelques-unes d’entre elles, mais il me fallait plus. J’ai alors commencé à faire des recherches de mon côté. J’y ai découvert quantité d’explications à de nombreux phénomènes. Ma curiosité ne s’atténuait jamais; au contraire elle s’en trouvait ravivée. Chaque réponse que je trouvais me mettait face à de nouveaux mystères.
La physique ! C’est la physique qui explique tous ces mystères! Il m’a paru dès lors logique de m’intéresser à celle-ci lorsqu’il me fût possible de l’étudier. J’y ai découvert une branche qui m’a passionné. Celle-ci conciliait tout ce que j’aimais : maths, explications de nombreux mystères, réflexion, etc…
Option spécifique: Physique/mathématiques appliquées. Travail de maturité : Physique/Les Maelströms. A chaque fois que j’en ai eu le choix, j’ai choisi la physique. Dès lors, lorsqu’il me fut proposé de prendre part aux Olympiades de Physique, ma participation me parut évidente. J’allais découvrir la physique, la vraie physique, celle des passionnés, celle des scientifiques. C’était le moyen pour moi de voir si j’en avais le niveau, si l’intérêt que j’avais pour cette branche était réel, si je pouvais me tourner vers cette voie pour la suite de mes études.
Pour résumer, ces Olympiades m’ont permis de répondre à la grande question : « Est-ce que je peux faire de la physique mon avenir ? » Je pense qu’au vu des résultats, je peux vous laisser deviner la réponse à celle-ci.”
Bastian Lengen, SwissPhO 2016, IPhO2016. Inscribed at EPFL, physics section.

“Die SwissPhO gab mir die Möglichkeit, mich strukturiert und intensiv mit der Physik auseinander zu setzen und erlaubte mir außerdem, vieles über das spannende und faszinierende Fach von den Teilnehmern und Lehrern der Olympiade zu lernen.”
Henning Zhang, SwissPhO 2016

En janvier dernier s'est déroulée à Paris la finale nationale des Olympiades de Physique France. Sur invitation de Pierre Chavel, président du comité national de ce concours, j'ai ainsi une nouvelle fois eu l'occasion d'y assurer une présence helvétique au sein du jury responsable d'évaluer les prestations des équipes finalistes.

Nous parlons en effet bien d'équipes, puisque c'est là que réside l'une des principales différences entre ce concours et les Olympiades dont nous avons l'habitude en Suisse. Lors de cette compétition, des équipes de deux lycéens ou plus entreprennent durant plusieurs mois d'étudier par eux-mêmes un phénomène physique de leur choix (ce travail est souvent initié par leurs travaux pratiques "ordinaires", mais se complexifie avec l'avancée du projet). Il leur revient alors de mettre en place un protocole expérimental adéquat afin de mettre en évidence ce phénomène, d'étudier la littérature ad hoc et de consulter au besoin des chercheurs actifs dans le domaine concerné. A l'issue de diverses sélections régionales, vingt-six groupes se retrouvent durant deux jours pour la finale nationale. A ce stade de la compétition, chaque équipe doit ainsi défendre son projet au cours d'un oral de 40 minutes incluant la présentation des résultats, quelques démonstrations pratiques, de même que les questions du jury à qui revient la charge d'évaluer non seulement cette prestation orale, mais également un rapport écrit rédigé spécialement pour l'occasion. Au terme du concours, un classement en trois groupes (1er, 2e et 3e prix) permet enfin de récompenser toutes les équipes.

Les thèmes abordés par ces jeunes lycéens-chercheurs sont variés – caléfaction, effet photoacoustique ou encore résonance de Helmholtz pour n'en citer que quelques uns – et la qualité des recherches effectuées n'a parfois rien à envier aux travaux de leurs aînés, ce qui donne sans aucun doute une idée de la motivation et du dévouement des participants. Leur jeune âge – en moyenne 16-17 ans – force également l'admiration au vu de la complexité des thématiques relativement à leurs connaissances scolaires.

De telles initiatives ne peuvent donc que nous réjouir, tant elles permettent d'insuffler aux jeunes le goût de la recherche, dans un esprit ludique, avec néanmoins toute la rigueur de la méthode scientifique. Notons encore que, chaque année, quelques équipes étrangères prennent aussi part à cette compétition. Ne pourrait-il pas être intéressant pour quelques groupes suisses de se lancer un jour dans l'aventure ?

Lionel Philippoz, UZH, SwissPhO

[Released: June 2016]

Fig. 1: “Einstein auf dem Weg zur speziellen Relativitätstheorie”, presented by Herbert Hunziker.
Image: T. Uehlinger.

Fig. 1: "Einstein auf dem Weg zur speziellen Relativitätstheorie”, presented by Herbert Hunziker.

Einstein Memorial Tablet in Aarau
Image: Markus Suter

Fig. 2: Einstein Memorial Tablet in main train station in Aarau, inaugurated in 2011, an initiative of Dr. Herbert Hunziker.

SPG Nachwuchsförderpreise 2016
Image: M. Gerber

Fig. 3: Middle: Bastian Lengen, prix de la Relève de la SSP, and first Gold medal; left: Henning Zhang, SPG Nachwuchsförderpreis, and second Gold medal. Right: Antoine Pochelon as representative of the SPS