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Physik der Top-Quarks und Suche nach Elementarteilchen dunkler Materie

28.07.2009
Göttinger Teilchenphysik erhält mehr als 1,15 Millionen Euro aus dem BMBF-Exzellenzprogramm

Die experimentelle Teilchenphysik an der Universität Göttingen wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für weitere drei Jahre mit mehr als 1,15 Millionen Euro gefördert.

Die Forschergruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Arnulf Quadt untersucht die Physik des schwersten bisher bekannten Elementarteilchens, des sogenannten Top-Quarks. Außerdem suchen die Physiker nach supersymmetrischen Teilchen, die als möglicher Baustein für die dunkle Materie im Universum gelten. Zudem befassen sie sich mit der Frage nach dem Ursprung der Masse von Teilchen.

Seit 2007 sind die Göttinger Physiker im Forschungsschwerpunkt 101 aus dem Exzellenzprogramm des BMBF am Großexperiment ATLAS mit dem Teilchenbeschleuniger am europäischen Forschungszentrum CERN in Genf beteiligt. Untersucht werden dabei die Ergebnisse hochenergetischer Kollisionen von Wasserstoffteilchen.

Die Göttinger Wissenschaftler sind gemeinsam mit rund 2.000 Wissenschaftlern aus aller Welt an Forschungsvorhaben am größten je gebauten Teilchenbeschleuniger der Welt beteiligt, dem Large Hadron Collider (LHC). Sie befassen sich hier mit zentralen physikalischen Fragen zum Materiezustand des Universums kurz nach dem Urknall. Unter anderem sollen Eigenschaften des Top-Quarks und seine Wechselwirkungen mit anderen Teilchen mit hoher Präzision vermessen werden; die Göttinger Physiker gehören zu den Wissenschaftlern, die die Daten auswerten werden. Wegen seiner hohen Masse verhält sich ein Top-Quark anders als alle bisher bekannten Quarks; selbst einfache physikalische Größen wie seine elektrische Ladung sind bis heute unbekannt. Die Forscher erhoffen sich von ihren Untersuchungen Antworten auf offene Fragen im Mikrokosmos.

Zudem befassen sich die Göttinger Forscher mit der Supersymmmetrie. In diesem theoretischen Modell gibt es zu jedem Teilchen ein Partnerteilchen mit identischen Eigenschaften aber unterschiedlichem Eigendrehimpuls. "Die Supersymmetrie sagt die Existenz von Teilchen vorher, deren Eigenschaften mit der unbekannten Form der kalten, dunklen Materie im Universum übereinstimmen. Mit den Experimenten am LHC erhoffen wir uns, dieses Rätsel lüften und die Teilchen- mit der Astrophysik verbinden zu können", so Prof. Quadt. Zudem erhoffen sich die Forscher, mit den Exprimenten am LHC das sogenannte Higgs-Boson zu finden. Dieses Teilchen regt in der Theorie des schottischen Physikers Peter Higgs ein Feld an, welches das Universum ausfüllt und in dem Elementarteilchen ihre Geschwindigkeit reduzieren, also träge werden.

Mit den Fördergeldern des BMBF arbeiten die Göttinger Wissenschaftler des II. Physikalischen Instituts auch an der Weiterentwicklung von Pixeldetektoren für das ATLAS Experiment mit. Mit diesen Detektoren können die Flugbahnen von Elementarteilchen vermessen werden, die bei den experimentellen Proton-Proton-Kollisionen herausgeschleudert werden. Dabei müssen 40 Millionen Kollisionen pro Sekunde aufgezeichnet werden. Die Göttinger Teilchenphysiker haben sich bislang an der Entwicklung eines Moduls für diese Detektoren mit hochsensiblen Mess-Sensoren und schneller Ausleseelektronik beteiligt. Zudem arbeiten sie an der Auswahl derjenigen Daten mit, die langfristig im CERN-Rechenzentrum gespeichert werden sollen.

Für die Weiterverarbeitung der enormen Datenmenge aus den Experimenten am LHC wird am CERN das Konzept des weltweit verteilten und vernetzten Rechnens (Grid-Computing) entwickelt. Gemeinsam mit der Niedersächsischen Staats- und Universitätsbibliothek Göttingen, der Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung Göttingen sowie Kollegen aus der Theoretischen Physik, der Bioinformatik und der Medizinischen Informatik haben die Göttinger Teilchenphysiker das Grid-Ressourcenzentrum GoeGrid im Frühling 2008 aufgebaut. Es wird als regionales Rechenzentrum dem weltweiten LHC Computing Grid zur Verfügung gestellt.

Auch die experiementelle Forschung weiterer Wissenschaftler am II. Physikalischen Institut wird mit den Fördergeldern des BMBF unterstützt. Eine Arbeitsgruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Ariane Frey ist an einem Experiment in Japan zur Untersuchung der Materie-Antimaterie-Asymmetrie beteiligt, um durch noch präzisere Messungen neue Erkenntnisse über die Entwicklung des Universums nach dem Urknall zu gewinnen. Hierfür entwickeln die Göttinger Wissenschaftler einen neuartigen Pixeldetektor zur Vermessung der Flugbahn von Elementarteilchen nahe ihrem Entstehungsort.

Kontaktadresse:
Prof. Dr. Arnulf Quadt
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik, II. Physikalisches Institut
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen
Telefon (0551) 39-7635, Fax (0551) 39-4493
E-Mail: aquadt@uni-goettingen.de

Dr. Bernd Ebeling | idw
Weitere Informationen:
http://www.ph2.physik.uni-goettingen.de

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