Was kommt nach dem Higgs-Boson?

Die Verleihung des Nobelpreises für Physik an Francois Englert (Brüssel) und Peter Higgs (Edinburgh) erfüllt Wissenschaftler aus der ganzen Welt mit Stolz und Freude.

Die Suche nach dem Higgs-Boson gehört zu den wichtigsten Aufgaben des weltweit größten Teilchenbeschleunigers LHC, der 2008 in Betrieb genommen wurde. Denn das Higgs-Boson galt als letztes Puzzlestück im etablierten Standardmodell der Teilchenphysik. Als das Higgs-Boson am CERN entdeckt wurde, waren auch Detektoren des CiS Forschungsinstitutes für Mikrosensorik und Photovoltaik daran beteiligt.

Diese Strahlungsdetektoren sind robust genug, den extremen Strahlenbelastungen in der unmittelbaren Nähe des Kollisionspunktes (4-20 cm), also im Inneren der Nachweisinstrumente, standzuhalten.

Für die zukünftigen Experimente entwickelt und fertigt das CiS neue Detektoren. Gerade passend zu den Neuigkeiten über den Nobelpreis für Physik fand am 09.10.2013 am CiS Forschungsinstitut eine wichtige Designfreigabe für eine neue Generation von Strahlungdetektoren in Streifenform statt.

Zukünftig werden diese Detektoren am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt eingesetzt. Hier entsteht eine große, weltweit einmalige Beschleunigungsanlage für Ionen, aus acht Ringbeschleunigern mit bis zu 1.100 Metern Umfang, zwei Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren.

FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), so der Name der Anlage, wird Physikern aus aller Welt eine neue Vielfalt und Dimension an Experimenten in der Grundlagenforschung gewähren. Dabei geht es um Fragen der Zusammensetzung der Materie, deren Entwicklung vom Urknall bis heute und welche technische Anwendungen sich daraus ergeben.

Welche Kräfte wirken bei Zusammenhalt von Atomen und Molekülen und warum wirken sie so wie sie sind? Woher kommen Elemente?

Die Forschung mit Ionenstrahlen versprechen vielfältige Anwendungen.
Das bisher in der Öffentlichkeit wahrgenommene bisher bekannteste Ergebnis ist die Entwicklung einer neuen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Im Heidelberger Zentrum für Ionenstrahltherapie (HIT) wird dieses Verfahren bereits angewandt und wird neue Impulse in der Medizintechnik setzen.

Insbesondere für die gesamte Kommunikationstechnik werden die Forschungen einen wesentlichen Betrag leisten. Besonders Satelliten als wesentlicher Bestandteil der weltweiten Kommunikationstechnik sind extremen Strahlungen ausgesetzt. Das kann zu Schäden in der Elektronik oder zum Ausfall des gesamten Systems führen. Die FAIR-Experimente dienen zur Untersuchung des Einflusses der kosmischen Strahlung auf das ganze System, nicht nur einzelner Komponenten in Satelliten im gesamten relevanten Energiebereich.

Auch in der Festkörperphysik und Materialforschung werden die Experimente ihre Spuren hinterlassen. Radioaktive Atome werden zunehmend als Sonden genutzt, um Materialeigenschaften und Prozessabläufe zu untersuchen zum Teil unter extremen Umgebungsbedingungen.

Besondere Bedeutung erlangt FAIR zur Energieerzeugung, eines der wichtigsten Aufgaben weltweit. Mit hochdichten Ionenpulsen gelingt die Erzeugung dichter Plasmen. Die Forscher erwarten damit neue Möglichkeiten, die Fusion von Wasserstoff zu Helium im Labor zu realisieren.

Die Aktivitäten zur Entwicklung der Herstellung von solchen Detektoren aus Silizium sind für das CiS von strategischer Bedeutung und werden in den kommenden Jahren weiter ausgebaut. Dazu entsteht am CiS Forschungsinstitut für Mikrosensenorik und Photovoltaik, in Kooperation mit Forschungspartnern, ein Kompetenzzentrum für Si-Detektoren in Erfurt.