Astroteilchenphysik

Unsere Forschung beschäftigt sich mit zentralen offenen Fragen der Astroteilchenphysik: Woraus besteht unser Universum? Warum gibt es mehr Materie als Antimaterie im Kosmos?

Die Masse von Neutrinos, die mindestens eine Million Mal kleiner ist als die von Elektronen, hat einen bislang unbekannten Ursprung. Als häufigste Materieteilchen im Universum spielt ihre Masse eine entscheidende Rolle bei der Bildung großer Strukturen wie Galaxienhaufen. Das KATRIN-Experiment misst die Neutrinomasse direkt mit bislang unerreichter Empfindlichkeit.

Neutrinos könnten außerdem ihre eigenen Antiteilchen sein – ein möglicher Schlüssel zum Verständnis des Materie-Antimaterie-Ungleichgewichts im Universum. Um dies zu überprüfen, sucht das LEGEND-1000-Experiment nach dem neutrinolosen doppelten Betazerfall – einem Prozess, bei dem Materie ohne ein entsprechendes Maß an Antimaterie entsteht.

Obwohl Neutrinos nur äußerst schwach mit Materie wechselwirken, können sie durch einen Prozess namens kohärente elastische Neutrino-Kern-Streuung (CEvNS) winzige Rückstöße von Atomkernen verursachen. Das CONUS+-Experiment hat erfolgreich Reaktorneutrinos über CEvNS nachgewiesen und damit den Weg für kompakte Neutrinodetektoren geebnet.

Dunkle Materie macht rund 25 % der Energiedichte des Universums aus. Woraus sie besteht ist eines der größten Rätsel der Physik. Zu den vielversprechendsten Kandidaten gehören WIMPs, sterile Neutrinos im keV-Massenbereich und Axionen. KATRIN, aufgerüstet mit dem TRISTAN-Detektor, wird nach sterilen Neutrinos suchen. Gleichzeitig eignet sich der TRISTAN-Detektor auch für den Einsatz im Solar-Axion-Experiment IAXO. Ein weiterer Schwerpunkt unserer Abteilung ist die direkte Suche nach Dunkler Materie mit dem groß angelegten XENON-Experiment.

Da die gesuchten Signale äußerst selten sind, ist die Minimierung von Hintergrundrauschen – häufig verursacht durch natürliche Radioaktivität – entscheidend. Das neu gegründete Heidelberger Labor zur Strahlungsdetektion (HRD-Labs) ist auf den Nachweis kleinster Spuren von Radioaktivität spezialisiert.
 

Webseite der Professur für Dunkle Materie an der TU München