Sechs Millionen Euro für „Kleinste Teilchen“

Nr. 127 • 13. Juni 2019

Der Ursprung der Masse, die Eigenschaften der Bausteine der Materie und deren Wechselwirkung bei der Entstehung unseres Universums – mit grundsätzlichen Fragestellungen wie diesen beschäftigen sich mehrere Arbeitsgruppen der Physikalischen Institute an der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU). Ihre Forschung zu diesen Themen fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen mehrerer Verbundforschungsvorhaben mit insgesamt rund sechs Millionen Euro.

Atomare und subatomare Teilchen und ihre Wechselwirkungen stehen im Mittelpunkt des
BMBF-Verbundforschungsprogramms „Physik der kleinsten Teilchen“. Das Programm ist eingebettet in das BMBF-Rahmenprogramm ErUM (Erforschung von Universum und Materie). Beteiligt sind Arbeitsgruppen an der JLU und an weiteren deutschen Universitäten, die an den vom BMBF (mit)finanzierten nationalen und internationalen Großforschungseinrichtungen zur Physik der kleinsten Teilchen forschen.

Die Arbeitsgruppen aus den Physikalischen Instituten der JLU engagieren sich insbesondere bei der derzeit bei Darmstadt im Bau befindlichen internationalen Forschungseinrichtung FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), wo in naher Zukunft modernste leistungsfähige Teilchenbeschleuniger, Ionenspeicherringe und Teilchendetektoren neuartige hochpräzise Einblicke in die Struktur und das Verhalten von elementaren Teilchen und Materie unter extremsten Bedingungen gestatten werden. Solche sehr hohen Temperaturen oder Drücke herrschten kurz nach dem Urknall oder treten bei Sternexplosionen und Kollisionen von Neutronensternen auf. Für den Aufbau und für die Durchführung von Experimenten bei FAIR sowie für theoretische Untersuchungen erhalten die Gießener Arbeitsgruppen bis Mitte des Jahres 2021 rund 5,3 Millionen Euro aus dem BMBF-Verbundforschungsprogramm „Physik der kleinsten Teilchen“.

Mit weiteren 0,7 Millionen Euro fördert das BMBF Gießener Beiträge zum japanischen BELLE-II-Experiment, an dem exotische Elementarteilchen erzeugt und untersucht werden, sowie zum ATLAS-Experiment am weltweit größten Teilchenbeschleuniger LHC des internationalen Forschungszentrums CERN in Genf.

Das FAIR-Forschungsprogramm

Das Forschungsprogramm an FAIR wird von den vier Säulen APPA (Atomic and Plasma Physics and Applications), CBM (Compressed Baryonic Matter), NUSTAR (Nuclear Structure, Astrophysics and Reactions) und PANDA (Antiproton Annihilation in Darmstadt) getragen. Die Gießener Physik ist in allen vier Forschungssäulen aktiv.

Im Rahmen von APPA entwickelt die Arbeitsgruppe Atom- und Molekülphysik (I. Physikalisches Institut, Apl. Prof. Dr. Stefan Schippers) einen intensiven Elektronenstrahl für Präzisionsmessungen an Schwerionen im FAIR-Ionenspeicherring CRYRING zur hochgenauen Überprüfung quantentheoretischer Vorhersagen. Überdies koordiniert die Gießener Atom- und Molekülphysik den Verbund aller an APPA beteiligten deutschen Universitätsgruppen.

Die Untersuchung von Kernen weitab der Stabilität wird in der NUSTAR-Säule vorangetrieben, an der die Gießener Physik mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Christoph Scheidenberger (II. Physikalisches Institut) beteiligt ist und hochpräzise Detektoren baut.

Für das PANDA-Experiment, das exotische hadronische Zustände mit weltweit einzigartiger Präzision vermessen wird, ist die Gießener Physik mit zwei Arbeitsgruppen an der Entwicklung und dem Bau von drei Subdetektoren beteiligt. Die Gruppe um Prof. Dr. Kai-Thomas Brinkmann (II. Physikalisches Institut) baut das elektromagnetische Kalorimeter sowie einen Mikro-Vertex-Detektor, die Gruppe um Prof. Dr. Michael Düren (II. Physikalisches Institut) einen speziellen DISC-DIRC-Detektor.

Das CBM-Experiment wird hochdichte Materie untersuchen, ähnlich wie sie in der Kollision von Neutronensternen oder schwarzen Löchern erzeugt wird. Hier entwickelt und baut die Gruppe von Prof. Dr. Claudia Höhne (II. Physikalisches Institut) einen RICH-Detektor, für spezielle materialtechnische Aspekte besteht eine Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Michael Dürr (Institut für Angewandte Physik). Ein Teil dieser RICH-Entwicklung kommt bereits jetzt in dem derzeit laufenden HADES-Detektor im GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt zum Einsatz.

Beteiligung an weiteren Forschungsanlagen weltweit

Das starke Engagement für den Bau von Detektoren an FAIR wird abgerundet durch Gießener Beteiligungen an anderen Forschungsanlagen weltweit, wie dem CERN (ATLAS-Experiment, Prof. Dr. Michael Düren, AR Dr. Hasko Stenzel) in der Schweiz oder dem KEK (BELLE-II-Experiment, Prof. Dr. Claudia Höhne, PD Dr. Jens-Sören Lange) in Japan.

Auf Basis der Theorie der starken Wechselwirkung berechnen die Gruppen von Prof. Dr. Christian Fischer, PD Dr. Bernd-Jochen Schaefer und Prof. Dr. Lorenz von Smekal am Institut für Theoretische Physik mit modernen numerischen Verfahren und aufwendigen Simulationen die Eigenschaften von Hadronen und hadronischer Materie unter extremen Bedingungen, um auf diese Weise theoretische Vorhersagen für die PANDA- und CBM-Experimente machen zu können.

• Kontakt

Prof. Dr. Claudia Höhne
II. Physikalisches Institut
Heinrich-Buff-Ring 16, 35392 Gießen
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