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Artikelaktionen

Teilchen, Felder, Kosmos

Arbeitsgruppen der Experimentellen und Theoretischen Teilchenphysik

Theorie der Elementarteilchen und Quantenfeldtheorie (AG Dittmaier)

Prof. Dr. S. Dittmaier

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Theorie und Phänomenologie der fundamentalen Wechselwirkungen zwischen den elementaren Bausteinen der Materie, insbesondere mit der Starken und Elektroschwachen Wechselwirkung, sowie mit Modellen "Neuer Physik", die zum Ziel haben, die Beschreibung dieser Wechselwirkungen weiter zu vereinheitlichen.
 
Da Materie ein System mit sehr vielen Freiheitsgraden darstellt und ihre mikroskopischen Bestandteile in den Anwendungsbereich der Quantenmechanik fallen, bildet die (relativistische) Quantenfeldtheorie den begrifflichen und formalen Rahmen für die grundlegende Theorie. Die fundamentalen Wechselwirkungen lassen sich erfolgreich durch geometrisch motivierte Modelle beschreiben - den sogenannten Eichtheorien - ähnlich der Beschreibung der Gravitation durch die Allgemeine Relativitätstheorie als geometrische Theorie von Raum und Zeit.

Konkret stehen in unserer Arbeitsgruppe folgende Themenbereiche im Mittelpunkt:

  • Phänomenologie von Elementarteilchen an Teilchenbeschleunigern wie dem LHC und zukünftigen e+e- Beschleunigern,
  • Eich- und Higgs-Bosonen der Elektroschwachen Wechselwirkung,
  • Suche nach Spuren "Neuer Physik", z.B. Supersymmetrie,
  • Quantenkorrekturen der Starken und Elektroschwachen Wechselwirkung,
  • Konzepte und Methoden der perturbativen Quantenfeldtheorie,
  • Monte-Carlo-Simulation von Teilchenreaktionen.
     
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Experimentelle Teilchenphysik (AG Herten)

Prof. Dr. G. Herten

Das Forschungsgebiet der Arbeitsgruppe ist die experimentelle Teilchenphysik. Das Ziel unserer Forschung ist, in Teilchenreaktionen bei hohen Energien neue physikalische Gesetze zu entdecken. Mit Beschleunigern, wie z.B. dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN versuchen wir, neuartige Kräfte oder Materieformen aufzuspüren.

Zusammen mit Messungen in der Astrophysik besteht damit die Hoffnung, in den kommenden Jahren die physikalischen Prozesse kurz nach dem Urknall aufzuklären und ein besseres Verständnis für die dunkle Materie im Universum zu entwickeln. Diese Forschung ist nur in einer engen, stimulierenden internationalen Zusammenarbeit vieler Forscher möglich.

Our group works on different aspects of experimental High Energy Physics participating in several international collaborations at the European Laboratory for Particle Physics (CERN) in Geneva.

Our OPAL group is analysing decays of the Z0 vector boson, produced by the Large Electron Positron Collider (LEP) at CERN. With the data taken at a centre-of-mass energy of approximately 91 GeV we have performed searches for rare and exotic decays of the Z0-Boson and are actually studying b-quark production and decays.

Another part of our OPAL group is analysing the new data taken at different energies between 130 and 189 GeV. The aim is to test the validity of the Standard Model also for these higher energies. As the LEP centre-of-mass energy will further increase up to around 200 GeV, these tests will also be performed in the coming years.

If any extension of the Standard Model can not be found by the LEP experiments, this will maybe be possible with the Large Hadron Collider (LHC). Our ATLAS group participates in designing the muon system of the new ATLAS detector at the LHC proton-proton collider.

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Quantenfelder und Teilchenphänomenologie (AG Ita)

JunProf. Dr. H. Ita
Prof. Dr. F. Febres Cordero

  • Quantum field theory

  • Physics at hadron colliders

  • Perturbative quantum gravity

  • String theory, M-theory AdS/CFT correspondence

     

 

Experimentelle Teilchenphysik (AG Jakobs)

Prof. Dr. K. Jakobs

Die Elementarteilchenphysik beschäftigt sich mit der Erforschung der fundamentalen Bausteine der Materie und der zwischen ihnen wirkenden Kräfte. Mit der Inbetriebnahme des Large Hadron Collider (LHC) am europäischen Forschungszentrum für Elementarteilchenphysik CERN in Genf im Jahre 2010 hat eine neue Ära begonnen. Erstmals ist es möglich, Kollisionen von Teilchen bei Energien im Bereich der TeV-Skala (Tera-Elektronenvolt) zu untersuchen.

Wesentliche Schwerpunkte unserer Arbeit liegen auf der Durchführung des ATLAS-Experiments am LHC sowie auf der Analyse der aufgezeichneten Daten. Wir waren wesentlich an der Entdeckung des Higgs-Teilchens, die im Jahre 2012 von den Experimenten ATLAS und CMS bekannt gegeben wurde, beteiligt.

Nach einer zweijährigen Unterbrechung hat im Juni 2015 am LHC die zweite Phase der Datennahme begonnen (Run-2). Bis Ende 2018 werden Proton-Proton-Kollisionen bei den höchsten bislang erreichten Schwerpunktsenergien von 13 TeV untersucht werden. Die neue Energie öffnet ein wichtiges neues Massenfenster, in dem nach der Existenz neuer Teilchen und demzufolge nach Erweiterungen desStandardmodells der Teilchenphysik gesucht werden kann.

Im Vordergrund unserer Aktivitäten in Run-2 steht die Suche nach neuen, sogenannten supersymmetrischen Teilchen sowie die präzise Vermessung der Eigenschaften des Higgs-Bosons. Darüber hinaus untersuchen wir die Produktion einzelner oder mehrerer W-Bosonen, der Vermittlerteilchen der schwachen Wechselwirkung. Diese Messungen bilden die Grundlage für wichtige Tests der Vorhersagen des Standardmodells. Im Fokus steht in den kommenden Jahren auch die Untersuchung der Streuung von Vektorbosonen aneinander.

Neben der Analyse der LHC-Daten stellen die Entwicklung und der Bau neuer Detektoren einen weiteren Schwerpunkt unserer Arbeit dar. Momentan führen wir wir wichtige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten für den Einsatz von Siliziumspurdetektoren unter extremen Bedingungen einer hohen Strahlenbelastung durch. Solche Detektoren sollen beim geplanten Ausbau des LHC zu hohen Luminositäten (High Luminosity LHC, HL-LHC) im Jahre 2025 zum Einsatz kommen. Parallel hierzu werden Arbeiten zur Konzeption des neuen Spurdetektors im ATLAS-Experiment durchgeführt. Darüber hinaus werden neuartige Detektorkonzepte, wie z.B. 3D-Siliziumspurdetektoren untersucht.

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Experimentelle Teilchenphysik (AG Jenni)

Prof. Dr. P. Jenni

Im Fokus des Forschungsgebiets standen die Physik und der Detektor des ATLAS Experimentes vom Beginn weg am Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf.

Nach der Durchführung wichtiger Entwicklungsarbeiten zu Beginn 1990er Jahre und umfangreichen Physikstudien zur Konzeption des Experimentes wurde der Bau des ATLAS Detektors im Jahre 1996 genehmigt. Die verschiedenen Detektorkomponenten wurden in internationaler Zusammenarbeit von den an ATLAS beteiligten Instituten gebaut, am CERN getestet und integriert, so dass mit der Datennahme im Jahre 2009 erfolgreich begonnen werden konnte.

Die Forschung am LHC ist stark motiviert durch ein genaues Studium des Standardmodells (SM) der Teichenphysik bei höchsten Energien, aber auch durch mögliche Entdeckungen für neue Physik jenseits des SM. Auch nach dem Ruhestand, seit 2013, bilden diese den Schwerpunkt der Aktivitäten. Dazu kommen viele Beratertätigkeiten im Bereich der internationalen Planungen in Europa und der ganzen Welt für zukünftige Projekte in der Teichenphysik.

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Experimentelle Astroteilchenphysik (AG Schumann)

Prof. Dr. M. Schumann

Die Astroteilchenphysik verknüpft die Elementarteilchenphysik, welche Prozesse auf sub-atomarer Skalen beschreibt, mit der Astrophysik/Kosmologie, die sich mit dem Universum auf größten Längenskalen beschäftigt. Die Gruppe ist an internationalen Experimenten beteiligt, welche nach dunkler Materie suchen. Die Existenz dieser neuartigen Materieform ist aus astronomischen Beobachtungen gut bestätigt, allerdings wurde das (oder die) Teilchen der dunklen Materie bislang noch nicht nachgewiesen. Viele theoretischen Modelle der sagen dunkle Materie Kandidaten mit den unterschiedlichsten Eigenschaften vorher. Sehr gut motivierte Teilchen sind z.B. das weakly interacting massive partice (WIMP) oder das Axion.

WIMPs könnten mit "normaler" Materie wechselwirken und dabei winzige Kernrückstöße induzieren. Diese kann man mit extrem empfindlichen Detektoren messen, sofern die omnipräsente Umgebungsradioaktivität stark genug unterdrückt werden kann. Die Arbeitsgruppe ist am XENON Experiment beteiligt, welches am LNGS Untergrundlabor in Italien nach solchen Ereignissen sucht. Als Deteketionsmedium kommt dabei hochreines, flüssiges Xenon mit einer Temperatur von -100° zum Einsatz.

Insgesamt ist die Arbeitsgruppe an den folgenden experimentellen Projekten beteiligt:

  • Direkte Suche dunkler Materie mit XENON.
  • Entwicklung des "ultimativen" WIMP-Detektors DARWIN.
  • Suche nach solaren Axionen mit CAST am CERN.
  • Forschung und Entwicklung zu Detektoren mit niedrigstem radioaktiven Hintergrund.
  • Untersuchungen der Struktur des Protons mit COMPASS am CERN.
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Experimentelle Teilchenphysik (AG Schumacher)

Prof. Dr. M. Schumacher

Die Arbeitsgruppe untersucht mithilfe des ATLAS-Detektors am Large Hadron Collider (LHC), der sich am CERN in Genf befindet, den Ursprung der elektroschwachen Symmetriebrechung und der Massen elementarer Teilchen. Dazu analysieren wir Daten aus Proton-Proton-Kollisionen und engagieren uns im Betrieb des Detektors. Die Enträtselung des Ursprungs der elektroschwachen Symmetriebrechung ist eine der faszinierendsten und wichtigsten Fragen der aktuellen teilchenphysikalischen Forschung. Die Großexperimente am LHC konnten mit dem Nachweis eines Higgs-Bosons 2012 einen großen Erfolg in der Klärung dieser Frage feiern, da die Existenz eines Higgs-Bosons bereits in den 1960er Jahren durch den Higgs-Brout-Englert-Kibble-Guralnik-Hagen-Mechanismus vorausgesagt, aber nie nachgewiesen wurde.      TF_Schumacher.jpg

 

Phänomenologie der Elementarteilchen (AG van der Bij)

Prof. Dr. J.J. van der Bij

Das Verständnis der kleinsten Bausteine der Materie und ihrer Wechselwirkungen ist ein fundamentales Ziel der Naturforschung. Da die Materie ein System mit sehr vielen Freiheitsgraden ist und ihre mikroskopischen Bestandteile in den Anwendungsbereich der Quantenmechanik fallen, bildet die Quantenfeldtheorie, also die Quantentheorie von Systemen mit vielen Freiheitsgraden, den begrifflichen und formalen Rahmen für die grundlegende Theorie der Materie. Es hat sich gezeigt, daß sich gerade die fundamentalen Wechselwirkungen am besten durch geometrisch motivierte Modelle beschreiben lassen. Unsere Arbeitsgruppen befassen sich mit den Wechselbeziehungen zwischen Geometrie und Quantentheorie, darunter auch mit dem noch ungelösten Problem einer Quantentheorie der Gravitation, der Quantentheorie eindimensionaler flexibler Objekte (Strings), der Beziehung zwischen einer klassischen Theorie und ihrer Quantisierung.

Als besonderer Zweig der Hochenergiephysik beschäftigt sich die Phänomenologie der Elementarteilchen mit dem quantitativen Verständnis experimenteller Daten durch Vergleich mit gängigen feldtheoretischen Modellen.

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