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Die Niederenergie-Grenze des Standardmodells – Von Quarks und Gluonen zu Hadronen und Kernen

25.11.2011
Neuer Sonderforschungsbereich SFB 1044 am Institut für Kernphysik untersucht die Bildung und Zusammensetzung subatomarer Teilchen / Kooperation mit BES-III-Experiment in Peking

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Einrichtung eines neuen Sonderforschungsbereichs (SFB) an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz bewilligt.

Der SFB 1044 „Die Niederenergie-Grenze des Standardmodells: Von Quarks und Gluonen zu Hadronen und Kernen“ wird sich ab Januar 2012 mit grundlegenden Fragen der subatomaren Welt befassen. Die hochpräzisen Messungen sowie theoretischen Analysen, die hierfür vorgesehen sind, werden von den Mainzer Physikern um den Elektronenbeschleuniger MAMI in Zukunft auch in Kooperation mit chinesischen Kollegen am Institute of High Energy Physics (IHEP) in Peking durchgeführt. Die Sprecher des neuen SFBs sind Univ.-Prof. Dr. Achim Denig (Experiment) und Univ.-Prof. Dr. Marc Vanderhaeghen (Theorie) vom Institut für Kernphysik der Universität Mainz.

Im Sonderforschungsbereich SFB 1044 wird die Rolle von Hadronen, also von subatomaren Teilchen, die aus Quarks und Gluonen aufgebaut sind, im Kontext der Teilchen-, Atom- und nuklearen Astrophysik besprochen. Die Hadronenphysik spielt dabei eine zentrale und verbindende Rolle, sowohl bei den höchsten als auch bei den niedrigsten Energieskalen. So ist in nahezu allen Fragestellungen der genannten Forschungsfelder der Fortschritt durch die fehlende quantitative Kenntnis der starken Wechselwirkung beschränkt. Einerseits hat die Überwindung dieser Niederenergie-Grenze des Standardmodells direkte Auswirkungen auf zentrale Fragestellungen beispielsweise der Atom- und Teilchenphysik. Andererseits werden die Präzisionsmessungen zu einem Erkenntnisgewinn bezüglich der Struktur von Hadronen führen, zum Beispiel bezüglich der Frage, wie Quarks und Gluonen sich zu Hadronen verbinden.

Konkrete physikalische Ziele des Sonderforschungsbereichs 1044 sind unter anderem eine genauere Bestimmung des anomalen magnetischen Moments des Myons, der elektromagnetischen Feinstrukturkonstanten, eine Lösung des sogenannten Proton-Radius-Puzzles sowie eine Präzisionsmessung des elektroschwachen Weinbergwinkels. Zur Erfüllung dieser Ziele wird im SFB 1044 eine strategische Kooperation zwischen dem Mainzer Mikrotron MAMI und dem Beijing Spectrometer BES-III geschlossen. Dieser innovative Ansatz, Messungen der Elektronenstreuung (MAMI) sowie der Elektron-Positron-Physik (BES-III) zu kombinieren, wird maßgeblich dazu beitragen, die Niederenergie-Grenze des Standardmodells zu überwinden.

Das Mainzer Mikrotron MAMI an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ist ein Teilchenbeschleuniger für hochintensive Elektronenstrahlen, der seit 1990 in Betrieb ist. Mit dem Ausbau der vierten Stufe wurde im Jahre 2007 die Energie des Strahls auf 1,6 Gigaelektronenvolt (GeV) erhöht. Der Elektronenbeschleuniger dient Wissenschaftlern aus der ganzen Welt für Experimente in der Kern- und Teilchenphysik. Er zeichnet sich durch einen scharf definierten Strahl und hohe Genauigkeit aus. Das Gerät eignet sich daher sehr gut, um Präzisionsuntersuchungen zur Struktur der Materie im subatomaren Bereich durchzuführen. Die Arbeiten im Rahmen des neuen SFB 1044 sind in das Mainzer Exzellenzcluster „Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter" (PRISMA) integriert, das sich derzeit in der abschließenden Auswahlrunde der Bundesexzellenzinitiative bewirbt.

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.kph.uni-mainz.de/

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