Keyword: Exzellenzinitiative / -strategie

Hochschule

Exzellenter Beschluss

09.11.2022 -

Die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz hat beschlossen, die Mittel für die Exzellenzstrategie stark zu erhöhen.

Matthias Neubert und Hartmut Wittig
04 / 2021 Seite 35
DPG-Mitglieder

Präziser Blick ins Innere der Materie

Mit Präzisionsexperimenten und theoretischen Arbeiten leistet das Exzellenzcluster PRISMA+ in Mainz wichtige Beiträge, um offene Fragen zur Validität des Standardmodells der Teilchenphysik zu beantworten. Zu den Hauptzielen zählen der Bau und Betrieb eines supraleitenden Beschleunigers für niederenergetische Präzisionsexperimente, um damit unter anderem Botenteilchen der Dunklen Materie nachzuweisen.

Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt die elementaren Bausteine der Materie sowie die Kräfte, die zwischen ihnen wirken. Mit der Entdeckung des Higgs-Bosons am CERN wurde 2012 das letzte vom Standardmodell postulierte Elementarteilchen experimentell nachgewiesen. Nach Abschluss dieser Ära geht es nun darum, nach einer Erklärung von Phänomenen zu suchen, die sich nicht im Rahmen des Standard­modells beschreiben lassen: Woraus besteht Dunkle Materie? Warum gibt es im Universum mehr Materie als Antimaterie? Wie erklärt sich die Dunkle Energie, die für die beschleunigte Expansion des Kosmos verantwortlich ist?
Die Suche nach „neuer Physik“, die diese und andere Fragen beantworten kann, ist das wesentliche Ziel des Exzellenzclusters PRISMA+ (Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter) an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Dabei stellt sich mehr und mehr heraus, dass die traditionelle Suche nach direkten Hinweisen auf die Existenz neuer, meist sehr schwerer Elementarteilchen mithilfe großer Teilchenbeschleuniger durch weitere Strategien zu ergänzen ist (Abb. 1). Denn es könnte sein, dass Teilchen, die im Standardmodell nicht vorkommen, deutlich schwächer als erwartet mit der bekannten Materie wechselwirken. Für ihren Nachweis sind Präzisionsexperimente bei höchsten Wechselwirkungs­raten erforderlich. Die Physik jenseits des Standardmodells könnte sich zudem in sehr subtilen Effekten verstecken, etwa in Abweichungen zwischen präzise gemessenen Observablen und ihren theoretischen Vorhersagen. In diesem Fall besteht die Herausforderung darin, die nötige Präzision in Experiment und Theorie zu erreichen. Diese Arbeiten sind Aushängeschild und Leitmotiv von PRISMA+ und dem Vorgängercluster PRISMA. (...)

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