Die gemeinsame Motivation unserer Aktivitäten ist die Suche nach Physik jenseits des Standardmodells der Elementarteilchenphysik. Die beiden Schwerpunkte sind dabei die Suche nach der Dunklen Materie und die Untersuchung der Eigenschaften von Neutrinos.

Zahlreiche kosmologische Beobachtungen kommen zu dem Schluss, dass nur etwa 1/6 der Materie im Universum aus den bekannten Elementarteilchen aufgebaut ist - woraus der überwiegende Teil der Materie besteht ist also unbekannt. Da dieser Anteil nicht mit Licht wechselwirkt und somit unsichtbar ist wird er Dunkle Materie gennant. Viele Modelle versuchen die Dunkle Materie mit neuen Elementarteilchen zu erklären. Zwei der vielversprechendsten Kandidaten sind WIMPs und Axionen.

Das CRESST-Experiment am Gran-Sasso-Labor in Italien setzt Tieftemperaturdetektoren basierend auf szintillierenden Kristallen ein um nach Kernrückstößen zu suchen, die von WIMPs hervorgerufen werden. In Tübingen steht für die Charakterisierung dieser Detektoren ein abgeschirmter Entmischungskryostat in einem unterirdischen Messraum zur Verfügung. Außerdem betreibt die Gruppe im Rahmen von LISA+ ein Aufdampfgerät mit dem die supraleitenden Phasenübergangsthermometer (TES) aus Wolfram produziert werden können.

MADMAX ist ein geplantes Experiment zur Suche nach Dunkler Materie in Form von Axionen, das am DESY in Hamburg aufgebaut werden soll. In den nächsten Jahren soll ein erster Prototyp eines neuartigen dielektrischen Haloskops gebaut werden. Die Grundidee dabei ist, dass die Axionen in einem externen Magnetfeld in Mikrowellenstrahlung umgewandelt werden. Um diese Mikrowellen zu verstärken müssen eine Reihe von dielektrischen Scheiben in bestimmten Abständen zueinander angeordnet werden. Die Gruppe entwickelt gemeinsam mit der AG Fortagh ein neuartiges Messsystem um die Abstände mit der nötigen Präzision von etwa 1 µm zu kontrollieren.

Der Nachweis des extrem seltenen neutrinolosen Doppelbetazerfalls (0νββ) würde beweisen, dass Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen sind. Dies könnte zumindest zum Teil erklären warum das Universum hauptsächlich aus Materie (und nicht zu gleichen Teilen aus Antimaterie) besteht. Die Gruppe ist dabei an den Experimenten GERDA und dem Nachfolgeexperiment LEGEND (ebenfalls im Gran-Sasso-Labor) beteiligt. In den Experimenten werden neuartige Halbleiterdetektoren aus Germanium eingesetzt, die mit dem Isotop ⁷⁶Ge angereichert sind, in dem der Doppelbetazerfall möglich ist. Neben der Charakterisierung dieser Detektoren arbeiten Mitglieder der Arbeitsgruppe an Monte-Carlo-Simulationen um den radioaktiven Untergrund in den Messungen besser zu verstehen. Ein wichtiger Beitrag zum Experiment war auch der Entwurf und Aufbau des Myon-Vetos, das Untergrundereignisse aufgrund von kosmischer Strahlung identifizieren soll und zugleich als Abschirmung gegen Umgebungsradioaktivität dient.

Aus der Beobachtung von Neutrinooszillationen wissen wir, dass Neutrinos eine Masse haben müssen. Diese Masse ist allerdings so klein, dass bis heute nur Obergrenzen bestimmt werden konnten. Die empfindlichsten Experimente suchen nach Abweichungen im Energiespektrum der Elektronen in Betazerfällen von Tritium aufgrund der Masse der ebenfalls emittierten Antineutrinos. Das ECHo-Experiment verfolgt einen neuen Ansatz: anstelle der Betazerfälle werden Elektroneinfangsprozesse von Holmium beobachtet. Hier wird ebenfalls ein Neutrino emittiert, dessen Masse das beobachtete Energiespektrum verändert. Die Zerfallsenergie wird dabei von Tieftemperaturdetektoren extrem genau gemessen.