Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Mainz 16. April 2024.

16. April 2024 – Die Europäische Organisation für Kernforschung CERN in Genf hat bekannt gegeben, auf der Suche nach bislang unbekannten Elementarteilchen ein neues Experiment namens SHiP (Search for Hidden Particles) durchführen zu wollen. Die Generaldirektorin des CERN, Fabiola Gianotti, betonte bei der Verkündung der neuen Pläne die Bedeutung dieses Vorhabens für das Verständnis des Universums.

„Die Welt der Elementarteilchen und das Verständnis des Kosmos stehen in einem untrennbaren Zusammenhang“, unterstreicht Prof. Heiko Lacker von der Humboldt- Universität zu Berlin, der Gründungsmitglied des SHiP-Experiments und zugleich langjähriger Sprecher der sechs Forschungsgruppen in Deutschland ist, die zur SHiP-Collaboration gehören. Mit dem SHiP-Experiment streben die Forscherinnen und Forscher Antworten auf grundlegende Fragen sowohl im Mikro- als auch im Makrokosmos an.

„Unser Verständnis der Welt in ihren kleinsten Bestandteilen ist noch immer lückenhaft“, erklärt Prof. Caren Hagner von der Universität Hamburg. „Viele Modelle zur vollständigen Beschreibung des Universums sagen die Existenz neuer Teilchen voraus, die bislang unserer Entdeckung entgangen sind. Es ist an der Zeit, sie zu finden.“

Spezieller Teilchendetektor
Ein herausragendes Merkmal des SHiP-Experiments liegt darin, dass der gesamte Teilchenstrahl, der zuvor durch einen Teilchenbeschleuniger auf nahezu Lichtgeschwindigkeit gebracht wurde, auf ein massives Zielobjekt gerichtet wird. Dadurch wird eine signifikante Anzahl neuer Teilchen erzeugt. Dieser alternative Ansatz ermöglicht eine höhere Anzahl von Teilchenreaktionen, was wiederum sehr seltene Prozesse zugänglich macht.

Ein Schlüsselelement ist der Surrounding Background Tagger, ein riesiger Teilchendetektor, der dazu dient, unerwünschte Untergrundereignisse im SHiP-Experiment zu identifizieren. Dieser Detektor, der die Außenfläche von SHiP abdeckt, wurde von deutschen Forschungsgruppen vorgeschlagen und entwickelt.

„Unser Ziel ist es, mit dem SHiP-Experiment das weltweit empfindlichste Instrument seiner Art zu schaffen“, erklärt Prof. Michael Wurm von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. (JGU). „Durch innovative Technologien und sorgfältige Planung sind wir zuversichtlich, dass SHiP ein enormes Entdeckungspotential birgt.“

Der ambitionierte Zeitplan sieht vor, dass das Experiment bis 2027 im Detail geplant wird, gefolgt von der Konstruktion und dem Aufbau. Im Jahr 2031 sollen dann erste Daten bei dem Experiment aufgezeichnet werden.

„Die deutschen Forscherinnen und Forscher sind stolz darauf, Teil dieses wegweisenden Experiments zu sein“, hebt Prof. Marc Schumann von der Universität Freiburg hervor. „Die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Universitäten und nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen zeigt das enorme Potenzial, das in der deutschen Wissenschaft steckt.“

Aufgrund ihrer umfangreichen Vorarbeiten für das Experiment befinden sich die deutschen Forscherinnen und Forscher an der Humboldt-Universität zu Berlin, der JGU, der Universitäten Freiburg, Hamburg und Siegen sowie am Forschungszentrum Jülich in einer idealen Ausgangsposition, um eine tragende Rolle bei der Realisierung dieses zukunftsweisenden Projekts zu übernehmen.

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Quelle: JGU 23. Mai 2022.

23. Mai 2022 – An der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) geht ab Herbst 2022 eine neues Graduiertenkolleg (GRK) an den Start. Das hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft kürzlich bekannt gegeben. Unter dem Titel „Teilchendetektoren für zukünftige Experimente – Vom Konzept bis zum Betrieb“ haben Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler künftig die Gelegenheit im Rahmen ihrer Doktorarbeit teilchenphysikalische Grundlagenforschung und den Bau und die Konzeption hierfür nötiger Detektoren miteinander zu verbinden. Dabei profitieren sie von einem breit angelegten ergänzenden Ausbildungsprogramm vor Ort in Mainz aber auch an Partner-Instituten weltweit. Die Fördersumme für die nächsten fünf Jahre beträgt über vier Millionen Euro, mehr als 20 Doktorandinnen und Doktoranden können im Rahmen des neuen GRK promovieren. Sprecher ist Prof. Dr. Matthias Schott, Professor für Experimentelle Teilchenphysik am Mainzer Exzellencluster PRISMA+.

An vielen physikalischen Großexperimenten arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran, teilchenphysikalische Prozesse immer genauer zu vermessen. Ihr Ziel ist es, neue Physik zu entdecken, die über das aktuell gültige Standardmodell der Teilchenphysik hinaus geht. Dieses ist zwar extrem erfolgreich, kann aber grundlegende Fragen der modernen Physik nicht beantworten: Was ist Dunkle Materie? Und was Dunkle Energie? Wie können wir die Asymmetrie von Materie und Antimaterie erklären? Woher kommen die Massen der Neutrinos?

Um diese Fragen zu beantworten, ist es notwendig, neuartige Detektoren zu entwickeln. „Künftige experimentelle Teilchenphysiker benötigen eine breite Ausbildung, um diese Forschungsaufgabe zu meistern“, beschreibt Matthias Schott die Motivation zur Etablierung eines neuen Graduiertenkollegs. „Aktuell werden weltweit viele verschiedene experimentelle Ansätze bei der Suche nach neuer Physik verfolgt – bei künftigen Neutrinoexperimenten ebenso wie bei der beschleunigerbasierten Physik. Wer in diesem Forschungsbereich arbeiten will, muss sich sowohl mit Detektortechnologien als auch mit der Planung und Durchführung von Experimenten sehr gut auskennen.“

Ideale Voraussetzungen in Mainz
Das neue GRK bietet hierzu einen idealen Rahmen, indem es einerseits grundlegenden Fragen der Hochenergie-, Astroteilchen- sowie der Hadronen- und Kernphysik nachgeht – und andererseits einen Fokus auf die Entwicklung von innovativen Detektortechnologien mit Anwendungsmöglichkeiten an mehreren Experimenten legt. Damit bewegt sich das neue GRK im Grenzgebiet zwischen ingenieurwissenschaftlich-technischen und physikalischen Fragen.

Konzeptioneller Grundgedanke des GRK ist, dass das Spezialwissen der eigenen Doktorarbeit durch ein breites Ausbildungsprogramm komplementiert wird. Dieses wiederum beruht auf vier Säulen: Projektarbeit, Workshops, Sommerschulen und Internationalisierung. „Der Standort Mainz ist als Ausbildungszentrum für Detektorentwicklung prädestiniert“, berichtet Matthias Schott. „Denn es gibt hier eine langjährige Expertise, die zum Beispiel im Rahmen des Detektorlabors an unserem Exzellencluster PRISMA+ gebündelt wurde.“ Insbesondere in den Bereichen Photonbasierte Detektoren, Ultraschnelle Datenverarbeitung und Rekonstruktion sowie bei Hochleistungsdetektoren für Spezialanwendungen ist sehr viel Know-How vorhanden. Auch die einzigartige Großgeräte-Infrastruktur wird in die Ausbildung integriert – zum Beispiel in Form von Projektarbeiten am Mainzer Beschleuniger MAMI oder am Forschungsreaktor TRIGA. In puncto Internationalisierung ist ein 6-monatiger Forschungsaufenthalt an Partner-Instituten weltweit vorgesehen.

„Am Ende wollen wir mit unserem neuen GRK vor allem dazu beitragen eine neue Generation von Detektorphysikerinnen und – physikern auszubilden“, fasst Matthias Schott zusammen.

Über DFG Graduiertenkollegs:
Graduiertenkollegs sind Einrichtungen der Hochschulen zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses, die von der DFG für maximal neun Jahre gefördert werden. Im Mittelpunkt steht die Qualifizierung von Doktorandinnen und Doktoranden im Rahmen eines thematisch fokussierten Forschungsprogramms sowie eines strukturierten Qualifizierungskonzepts. Eine interdisziplinäre Ausrichtung der Graduiertenkollegs ist erwünscht. Ziel ist es, die Promovierenden auf den komplexen Arbeitsmarkt „Wissenschaft“ intensiv vorzubereiten und gleichzeitig ihre frühe wissenschaftliche Selbstständigkeit zu unterstützen. Im aktuellen Auswahlverfahren hat die DFG bundesweit 13 neue Graduiertenkollegs bewilligt. Die neuen GRK werden ab Herbst 2022 erstmals für eine Dauer von zunächst fünf Jahren gefördert. Für sie besteht zudem erstmalig die Option, Promovierende mehr als 36 Monate bis zu maximal 48 Monate über das Programm Graduiertenkollegs zu finanzieren.

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