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ELEMENTARTEILCHENPHYSIK
Theorie und Experiment nehmen starke Wechselwirkung gemeinsam ins Visier
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Mainz
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3. Juni 2024

Durch eine enge Zusammenarbeit zwischen experimenteller und theoretischer Forschung soll im Rahmen eines neuen Sonderforschungsbereichs an der Universität Mainz versucht werden, eine der vier Grundkräfte der Physik, die starke Wechselwirkung, genauer zu erforschen. Insbesondere will man nach Phänomenen jenseits des Standardmodells fahnden.

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Die starke Wechselwirkung ist eine der Fundamentalkräfte der Physik.  Bild: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee und P. Oesch (University of California, Santa Cruz), R. Bouwens (Leiden University) und das HUDF09-Team [Großansicht]

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat in der vergangenen Woche die Einrichtung eines neuen Sonderforschungsbereichs (SFB) an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) bewilligt. Der SFB 1660 "Hadrons and Nuclei as Discovery Tools" ("Hadronen und Kerne als Entdeckungsinstrumente") zielt darauf ab, die starke Wechselwirkung besser zu verstehen. Die starke Wechselwirkung ist eine der vier Grundkräfte der Physik. Mit ihr wird die Bindung zwischen den Quarks in den Hadronen, also etwa in Neutronen und Protonen, erklärt. Die Forschenden wollen dabei einige grundlegende Fragen beantworten: Welche physikalischen Phänomene treten jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik auf und wie lassen sie sich messen und beschreiben? Sprecherin und Sprecher des neuen Sonderforschungsbereichs sind Prof. Dr. Concettina Sfienti (Experiment) und Prof. Dr. Marc Vanderhaeghen (Theorie) vom Institut für Kernphysik der JGU.

Der SFB 1660 gliedert sich in drei Forschungssäulen: In der ersten Säule wird mit Experimenten bei niedrigen Energien und hohen Intensitäten nach neuen Teilchen (z. B. Teilchen der Dunklen Materie) und Wechselwirkungen jenseits des Standardmodell gesucht und die Ergebnisse mittels Gitter-QCD interpretiert. Die zweite Säule untersucht die Schnittstelle zwischen Hadronen- und Kernphysik durch Spektrometrie-Experimente, Elektronen- und Photonen-Streuexperimente und hochpräzise Berechnungen, die die Interpretation von Neutrino-Experimenten und die Beschreibung von muonischen Atomen verbessern werden.

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Die dritte Säule konzentriert sich auf die Erforschung der nuklearen Astrophysik und der Multi-Messenger-Astronomie mit einer neuen Generation von Hochpräzisionsexperimenten in der Niederenergie-Kernphysik, die mit modernsten theoretischen Berechnungen unter Verwendung effektiver Feldtheorien kombiniert werden.

Stärken des SFB 1660 sind, neben der Nutzung erstklassiger Infrastruktur, die enge Zusammenarbeit zwischen experimenteller und theoretischer Forschung und die intensive Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses. Die Forschung wird an hochmodernen Einrichtungen wie den MAMI- und MESA-Beschleunigern auf dem Campus der JGU sowie mithilfe externer Infrastrukturen von internationalen Partnerinstitutionen wie dem Paul-Scherrer-Institut oder dem Beijing Spectrometer III durchgeführt.

Der Teilchenbeschleuniger MESA ("Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator") ist eine einzigartige Anlage, die eine Vielzahl neuer Möglichkeiten für die physikalische Grundlagenforschung bietet. Sie arbeitet nach dem innovativen Konzept der Energierückgewinnung: Nach der Wechselwirkung mit einem gasförmigen Target durchläuft der Elektronenstrahl erneut die supraleitenden Hohlräume und gibt dabei seine kinetische Energie an das Magnetfeld zurück. Die MESA-Anlage mit dem Beschleuniger und den integrierten Experimenten erstreckt sich über mehrere unterirdische Gebäude, darunter die neue Experimentierhalle des Centrums für Fundamentale Physik (CFP). Ihre Errichtung wurde im Rahmen des Exzellenzclusters PRISMA+ ermöglicht.

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siehe auch
LHC: Auf der Suche nach neuer Physik am LHC - 3. April 2023
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