Forschung und Projekte

Dunkle Materie

Neutrinoloser Doppelbetazerfall (0νββ)

Neutrino-Oszillationen

Die Forschungsprojekte des Lehrstuhls beschäftigen sich alle mit der experimentellen Astroteilchenphysik, einem der aktuellsten und interessantesten Gebiete der Physik. Zuletzt wurde im Jahr 2002 der Nobelpreis für Physik für den Nachweis des »Neutrinodefizits«, das durch Neutrinooszillationen erklät wird, vergeben.

Unsere Aktivitäten teilen sich auf drei Experimente auf, die alle auf der Suche nach der Physik jenseits des Standardmodells der Elementarteilchenphysik sind:

Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei in Monte-Carlo-Simulationen, die zum besseren Verständnis von Untergrundereignissen führen sollen.

Da es sich in allen Experimenten um die Physik der schwachen Wechselwirkung oder sogar um noch unbekannte, sehr schwach wechselwirkende Teilchen handelt und damit Ereignisse sehr selten sind, müß die Funktionsweise der Detektoren sehr gut verstanden werden. Auf dem Niveau der derzeitigen Low-Background-Experimente sind Simulationen deshalb unabdingbar.

Um immer bessere Sensitivitäten der Experimente zu erzielen, sind internationale Kooperationen sinnvoll und auch notwendig. Im Rahmen des von der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren unterstützten Virtuellen Instituts für Dunkle Materie und Neutrinophysik (VIDMAN) können durch den Erfahrungsaustausch in regelmäßigen Treffen verschiedene Aktivitäten wie Datenaufnahme, Design von neuen Experimenten und anderes koordiniert werden.

Auch im internationalen Bereich werden diese Kooperationen immer weiter ausgebaut. Die Europäische Union fördert diese Arbeit in einem Rahmen, der alle großen Forschungseinrichtungen im Bereich der Astroteilchenphysik in Europa umfaßt (ILIAS).

Innerhalb der Universität gibt es regen Austausch mit verschiedenen Gruppen vor allem in der Kernphysik, aber auch mit dem Institut für Theoretische Physik. Im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) geförderten Graduiertenkollegs »Hadronen im Vakuum, in Kernen und in Sternen« der Universitäten Basel und Tübingen Graz werden verschiedene Aktivitäten durchgeführt. Insbesondere die regelmäßgen Graduiertentage bieten interessante Ausblicke auch auf andere Forschungsbereiche.

Ultrarelativistische Schwerionenphysik - Kernmaterie unter extremen Bedingungen (AG Schmidt)

Schwerionenkollisionen bei ultra-relativistischen Energien bieten die einzigartige Möglichkeit Materie im Labor bei extreme hohen Dichten oder Temperaturen zu untersuchen. Die so erzeugten baryonischen Dichten kommen ansonsten nur im Innern von Neutronensternen vor. Es können Temperaturen von bis zu 1012K erzeugt werden; dies sind Werte wie sie einige Mikrosekunden nach dem Urknall im Universum vorherrschten, und bei denen ein Phasenübergang von einem Quark-Gluon Plasma zu hadronischer Materie stattfand. Diese Bedingungen werden beim ALICE Experiment am CERN-LHC zur Zeit hergestellt und analysiert.

Die enormen baryonischen Dichten, wie sie in Neutronensternen vorherrschen, können im CBM Experiment, das z.Z. am zukünftigen Beschleunigerzentrum FAIR in Darmstadt aufgebaut wird, simuliert werden. In diesem Experiment kollidieren schwere Kerne bei Energien, die gerade so gewählt sind, dass sich die Kerne durchdringen und gegenseitig abbremsen. Dabei entstehen Regionen mit einem vielfachen der normalen Kerndichte.

In beiden Experimenten messen komplexe Detektoren die Vielzahl von Fragmenten und neu produzierten Teilchen, die in diesen Kollisionen erzeugt werden. Komplizierte Analysen erschließen daraus die Eigenschaften von Ur-Materie, die in diesen Kollision nur für wenige 10-23 Sekunden existiert.