Forschung: Neutrinophysik - Dunkle Materie - Physik jenseits des Standardmodells
Die Abteilung befasst sich mit aktuellen Fragestellungen der Teilchen-
und Astroteilchenphysik mit einer starken Verzahnung beider Bereiche.
Der Schwerpunkt der experimentellen Aktivitäten liegt bei Projekten
im Bereich der Neutrinophysik und damit verwandter Fragestellungen
sowie bei der Suche nach teilchenphysikalischen Kandidaten der Dunklen Materie.
Die breiter angelegten theoretischen Aktivitäten reichen von der
Interpretation von Ergebnissen experimenteller Projekte bis zu formalen
Fragen, die sich im größeren Kontext ergeben.
Theorie:
Durch die Verbindung von Ergebnissen aus der Neutrino-Physik, der Suche
nach Dunkler Materie und Experimenten an Beschleunigern ist es möglich
direkte und indirekte Information über neue Physik jenseits des
Standardmodells zu erhalten. Eine daraus resultierende Forschungsrichtung
betrifft teilchenphysikalisch motivierte Kandidaten für die Dunkle Materie,
die sich aus Erweiterungen des Standardmodells ergeben und die zu
diversen phänomenologischen Konsequenzen führen.
Eine andere Richtung ergibt sich aus den Ergebnissen der Neutrino-Physik,
indem man direkte und indirekte Methoden zur Bestimmung von Massen,
Mischungen und anderen Eigenschaften kombiniert. Theoretische
Erklärungen für die bisher unverstandenen Regelmäßigkeiten
der Parameter werden z.B. im Rahmen von Flavour-Symmetrien untersucht.
Die Simulation von Drei-Flavour- und Materie-Effekten bei
Neutrino-Oszillationsexperimenten erlaubt die Bestimmung der
leptonischen CP- und T-Verletzung, die indirekt mit der Baryon-Asymmetrie
des Universums verbunden ist. Es gibt eine Reihe weiterer Themen im
Bereich der Astroteilchenphysik, wie z.B. Mechanismen zur Erklärung
der Baryon-Asymmetrie des Universums, den elektroschwache Phasenübergang,
Boltzmann- und Kadanoff-Baym (Quanten-Boltzmann) Gleichungen,
kosmologische Vakuumenergien, leptonische Flavour-Verletzung usw.
zusätzlich werden auch noch Mechanismen der
elektroschwachen Symmetriebrechung und Konsequenzen für das
sogenannte Hierarchieproblem studiert. Weitere Details zu diesen
Aktivitäten finden sich hier.
Experiment:
Die experimentellen Aktivitäten der Abteilung konzentrieren sich derzeit
auf Projekte im Bereich der Neutrinophysik und die Suche nach Dunkler Materie.
Wir sind einer der Hauptpartner im Double Chooz Experiment, das eines der
weltweit führenden Experimente ist, das nach Oszillationen von
Reaktor-Antineutrinos sucht. Diese Messungen sind ein wichtiger Test von
Drei-Flavour-Oszillationen und sie stellen einen wichtigen Schritt zur
Messung von leptonischer CP-Verletzung dar.
Des Weiteren ist die Abteilung eine der führenden Gruppen des Gerda-Experiments,
welches nach Leptonzahl verletzenden Zerfällen von
76Germanium sucht. Dies ist wichtig, weil es die Majorana-Natur
von Neutrinos beweisen würde und uns eine Menge über
den Ursprung von Neutrinomassen erzählen würde. Aus der
Lebensdauer ergeben sich schon heute sehr interessante Grenzen oder Werte
für Neutrinomassen.
Mit den XENON Projekten, an denen die Abteilung
maßgeblich beteiligt ist, wird der direkte Nachweis von
WIMP-Teilchen der Dunklen Materie angestrebt. Flüssiges Xenon
liefert eine der am vielversprechensten Technologien, die ein sehr
gutes WIMP Entdeckungspotential im erwarteten Bereich hat.
In der Abteilung werden verschiedene Low-Level-Techniken zur Identifikation
und Unterdrückung von Untergründen für aktuellen und
zukünftige Experimente angewandt und weiter verfeinert.
Weitere Details zu den experimentellen Aktivitäten finden sich
hier.