II. Physikalisches Institut
Die Arbeitsgruppen am II. Physikalischen Institut führen an auswärtigen Beschleunigeranlagen Experimente auf dem Gebiet der subatomaren Physik durch. Dieses Forschungsprogramm ist darauf ausgerichtet, die Struktur von Atomkernen und Nukleonen sowie die Dynamik von Quarks und Gluonen, den elementaren Bausteinen der Materie, aufzuklären. Gemeinsames Ziel all dieser Untersuchungen ist es, die vielen Facetten der starken Wechselwirkung über den gesamten Energiebereich von MeV bis TeV zu erforschen. Ideen, die diese Aktivitäten vorantreiben, werden zusammen mit Kollegen der Theoretischen Physik, Postdoktoranden, Doktoranden und Studenten in Gießen entwickelt, wo auch die Vorbereitung der externen Experimente, Entwicklung und Bau der dafür erforderlichen Detektoren sowie die Analyse der Daten erfolgt.
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Forschung
Eine Darstellung der verschiedenen Forschungsgebiete finden Sie unter Forschung.
Am Institut arbeiten zahlreiche PostDocs und Doktoranden/innen, die über eingeworbene Drittmittel (DFG, LOEWE-Zentrum HICforFAIR, BMBF-Verbundforschung, EU-Projekte) finanziert werden.
Durch die Einbindung der Arbeitsgruppen des Instituts in Projekte der Internationalen Spitzenforschung ergeben sich hervorragende Ausbildungschancen für Bachelor - und Master - Studierende.
Im Rahmen dieser Projekte wird am Institut Detektor- und Elektronikentwicklung betrieben, sowie Simulationen und Datenanalysen im Rahmen der Grundlagenforschung im Bereich der Subatomaren Physik durchgeführt.
Kernreaktionen
Reaktionen zwischen Atomkernen werden von der Arbeitsgruppe Höhne untersucht, um die Eigenschaften stark verdichteter und hoch erhitzter Kernmaterie zu verstehen, die kurzfristig in diesen Kollisionen entsteht. Ähnliche Materiezustände hat das Universum kurz nach dem Urknall durchlaufen und werden im Innern von Neutronensternen vermutet. Hauptziel der Untersuchungen ist es, das Phasendiagramm stark wechselwirkender Materie über einen großen Parameterbereich zu studieren. Der Schwerpunkt liegt hier auf der Untersuchung komprimierter Kernmaterie bei verschiedenen Dichten aber moderaten Temperaturen, wie sie in Experimenten an der GSI Darmstadt erzeugt wird.
Kernstruktur und nukleare Astrophysik
Die Struktur von Atomkernen weit außerhalb des Stabilitätstals steht im Vordergrund der von der Arbeitsgruppe Scheidenberger an der GSI Darmstadt durchgeführten Experimente. Spezielle Verfahren sind entwickelt worden, um die Masse und Lebensdauer von Atomkernen mit aussergewöhnlichen Neutron-zu-Proton-Verhältnissen zu messen. Ergebnisse dieser Messungen sind von Bedeutung sowohl für ein besseres Verständnis der Struktur exotischer Kerne wie für die Elementsynthese im Universum. Diese Arbeitsgruppen schlagen daher die Brücke zwischen der Kernstrukturphysik und der nuklearen Astrophysik.
Struktur des Nukleons
Die Struktur von Nukleonen wird gleich von drei Arbeitsgruppen mit unterschiedlichen Methoden untersucht.
Die Arbeitsgruppe Brinkmann wertet spektroskopische Messungen des Anregungsspektrums des Nukleons in photonuklearen Reaktionen an den Elektronenbeschleunigern CEBAF (Jefferson Lab, USA) und ELSA (Bonn) aus, um so Aussagen über die Kräfte zwischen den Konstituenten des Nukleons zu gewinnen.
Die ehemalige Arbeitsgruppe Kühn führte Experimente zur Produktion schwerer Mesonen am Elektron-Positron Collider (BESIII) in Peking durch, um Informationen über das Anregungsspektrum von Nukleonen aus Mesonenzerfällen zu studieren
Teilchenphysik
Schwerpunkt der Arbeitsgruppe Lange ist die Untersuchung von Hadronen in e+e- Kollisionen am Belle II Experiment in Japan. Einige dieser Teilchenzustände zeigen nachweislich
überraschende Eigenschaften wie verbotene Quantenzahlen oder verbotene Teilchenzerfälle, welche nur durch eine innere Struktur von vier oder mehr Quarks erklärt werden kann und
daher als ungewöhnlich zu bezeichnen ist. Die Gruppe ist verantwortlich für die Echtzeitdatenerfassung des Silizium-Pixel-Vertexdetektors des Experimentes, welche auf hochintegrierter Elektronik und optischer Datenübertragung mit hoher Bandbreite basiert.
Die Suche nach neuen Teilchen und nach Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik ist zentrales Thema der Arbeitsgruppe Düren/Stenzel, die an den Experimenten der ATLAS Kollaboration am Large Hadron Collider (CERN, Genf) mitarbeitet.
Zukünftige Experimente: FAIR
Alle Arbeitsgruppen des Instituts sind an der Vorbereitung von Experimenten an der International Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) in Darmstadt beteiligt, an der mit Antiprotonen und Schwerionenstrahlen offene Fragen auf dem Gebiet der Kern- und nuklearen Astrophysik, der Physik verdichteter und erhitzter Kernmaterie, der Hadronenphysik und der Plasma- und Atomphysik angegangen werden sollen.
- Die Gruppe Brinkmann ist zuständig für das elektromagnetische Kalorimeter sowie den Mikrovertex Detektor des PANDA Detektors, mit dem ein breites Spektrum offener Fragen der Hadronenphysik bearbeitet werden soll.
- Die Gruppe Scheidenberger ist Teil der Super-FRS Experiment-Kollaboration und entwickelt den Ion Catcher für den Super-FRS, mit dem neue Experimente an exotischen Kernen geplant sind, wie z.B. Massenspektrometrie fernab des Stabilitätstals oder die Messung von beta-verzögerten Neutronen-Emissionswahrscheinlichkeiten an Nukliden, die für die r-Prozess Nukleosynthese relevant sind.
- Die Gruppe Lange ist verantwortlich für die Datenerfassung und Datenselektion beim Belle II Pixeldetektor.
- Die Gruppe Höhne arbeitet an einem Cherenkov-Detektor für die Teilchenidentifikation im CBM Detektor an FAIR.