Teilchenphysik

Mit Präzisionsphysik zu den kleinsten Bausteinen der Materie

Einer der großen Forschungsbereiche an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) hat einen weiteren Erfolg zu vermelden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat einer Verlängerung des Sonderforschungsbereichs (SFB) 1044 zur Untersuchung von grundlegenden Fragen der subatomaren Welt um weitere vier Jahre zugestimmt.

Die ersten Stufen des MAMI-Beschleunigers. (Foto/©: Institut für Kernphysik)

Sie stellt ab dem 1. Januar 2016 hierfür ca. 12,5 Mio. Euro zur Verfügung. Die beteiligten Wissenschaftler arbeiten an dem Mainzer Teilchenbeschleuniger MAMI und entwickeln darüber hinaus Experimente, die an dem künftigen Teilchenbeschleuniger MESA laufen werden. Weiterhin kooperieren die Mainzer Wissenschaftler eng mit dem BES-III-Experiment in Peking.

„Wir freuen uns sehr über die Verlängerung des Sonderforschungsbereichs. Mit den hervorragenden Rahmenbedingungen, die zurzeit in Mainz entstehen, können wir unser Physikprogramm im SFB jetzt massiv vorantreiben“, erklärt Univ.-Prof. Dr. Achim Denig. Konkrete Projekte werden u.a. bei einem Workshop im April 2016 mit internationalen Gästen in Mainz diskutiert. „Mit Präzisionsmessungen und theoretischen Analysen werden wir verschiedene Ansätze verfolgen, um vielleicht Erkenntnisse zu gewinnen, die über das Standardmodell der Teilchenphysik hinausweisen“, ergänzt Univ.-Prof. Dr. Marc Vanderhaeghen. Die beiden Physiker vom Institut für Kernphysik der Universität Mainz sind die Sprecher des SFB 1044 „Die Niederenergie-Grenze des Standardmodells: Von Quarks und Gluonen zu Hadronen und Kernen“.

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A1-Spektrometer am Mainzer Mikrotron MAMI. (Foto/©: Institut für Kernphysik)

Für die künftigen Projekte können die insgesamt 20 leitenden Wissenschaftler des SFBs auf langjährige Erfahrungen und Expertise zurückgreifen. Bereits seit 1990 wird auf dem Gelände der Campus-Universität das Mainzer Mikrotron MAMI betrieben, ein Teilchenbeschleuniger für hochintensive Elektronenstrahlen. Er zeichnet sich durch einen scharf definierten Strahl und hohe Genauigkeit aus und dient Wissenschaftlern aus der ganzen Welt für Präzisionsuntersuchungen zur Struktur der Materie im subatomaren Bereich.

Mit der Bewilligung des Exzellenzclusters „Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter” (PRISMA)" im Juni 2012 wurden auch die Weichen für den Bau eines neuartigen Elektronenbeschleunigers gestellt: MESA wird durch Energierückgewinnung eine extrem hohe Strahlintensität erreichen, die sonst nur mit einem immensen Energieaufwand machbar wäre. Schließlich erfolgte im Juni 2015 die Zustimmung der Gemeinsamen Wissenschaftskonferenz (GWK) zum Bau des Centrums für Fundamentale Physik mit der MESA-Experimentierhalle – insgesamt ein ideales Forschungsumfeld.

Der SFB 1044 hat mehrere Fragestellungen in den engeren Fokus genommen, die es in den nächsten Jahren zu bearbeiten gilt. Eine hochaktuelles Thema betrifft den Radius des Protons, der möglicherweise signifikant kleiner ist als früher gedacht. Weltweit vielbeachtete Messungen hierzu werden bei MAMI durchgeführt. Am BES-III-Experiment in Peking wurden vor gut zwei Jahren Hinweise auf sogenannte Tetra-Quark-Zustände gefunden – eine vollkommen neue Form von Materie bestehend aus vier Quarks. Diese und andere Experimente an dem chinesischen Elektron-Positron-Beschleuniger BEPC-II begleiten die Mainzer Physiker mit einer Gruppe von fast 30 Wissenschaftlern.

CAD-Zeichnung des P2-Experimentes, das für MESA aufgebaut wird. (Abb.: Institut für Kernphysik)

Ein drittes Thema ist das anomale magnetische Moment des Myons, eine der am genausten vermessenen Größen in der Physik. Ein Vergleich von Messergebnis und theoretischer Berechnung lässt Rückschlüsse auf die Gültigkeit des Standardmodells zu. Weiterhin werden zukünftig hochpräzise Messungen der schwachen Ladung des Protons an MESA eine einzigartige Suche nach Physik jenseits des Standardmodells ermöglichen. Ähnliche Messungen an Atomkernen erlauben andererseits einen Zugang zu astrophysikalischen Fragestellungen, wie zum Beispiel zum Verständnis des Aufbaus von Neutronensternen.

Wenn dann in vier Jahren eine neue Begutachtung durch die DFG erfolgt, haben die Wissenschaftler im SFB 1044 die Chance auf eine dritte, dann letzte Verlängerung der Förderung ab 2020.

Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr. Achim Denig
Institut für Kernphysik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
55099 Mainz
E-Mail: denig@kph.uni-mainz.de
http://www.kph.uni-mainz.de/denig.php

Univ.-Prof. Dr. Marc Vanderhaeghen
Institut für Kernphysik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
55099 Mainz
E-Mail: marcvdh@kph.uni-mainz.de
http://wwwkph.kph.uni-mainz.de/T//494.php

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