Max-Planck-Institut für Physik

Die Wissenschaftler und ihre Forschungsteams erhalten rund 40 Millionen Euro Förderung für ihre Arbeiten

Hochempfindlicher Detektor auf den Spuren des Ungleichgewichts zwischen Materie und Antimaterie im Universum
 

Hochempfindliches Cresst-Experiment stimmt sich ein auf die Messung von Dunkler Materie

Forschungsteam untersucht Bedeutung von Neutrino-Flavor-Wechseln in Supernova-Simulationen

Die MS Wissenschaft ist mit einer neuen Mitmach-Ausstellung unterwegs

Lea Heckmann vom Max-Planck-Institut für Physik arbeitet für zwei Monate an den Magic-Teleskopen auf der Kanarischen Insel La Palma. Sie berichtet von unvergesslichen Sonnenuntergängen und erklärt, was La Palma mit Irland gemeinsam hat.

Varianten auf. Eines der häufigsten Teilchen im Universum, das Neutrino, existiert in drei Formen, die sich ständig ineinander umwandeln – sie oszillieren.

Mit dem Nachweis des Higgs-Teilchens gelang am Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider ein großer Wurf. Andere erwartete oder unerwartete Entdeckungen, mit denen die Physik das Erscheinungsbild unserer Welt erklären wollte, blieben dagegen aus. Nun suchen auch Hermann Nicolai, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam, und Siegfried Bethke, Direktor am Max-Planck-Institut für Physik in München, neue Perspektiven für die Teilchenphysik.

Sie sahen aus wie überdimensionierte Garnrollen, steckten voller Technik aus mehreren Max-Planck-Instituten und sollten unser Verständnis der Sonne und des interplanetaren Mediums erheblich erweitern: Vor mehr als 40 Jahren wurden die beiden Helios-Sonden gestartet und auf eine gewagte Mission in die Hitze unseres Heimatsterns geschickt. Die beiden Raumfahrzeuge stehen aber auch für eine erfolgreiche wissenschaftliche Zusammenarbeit über Ländergrenzen hinweg.

Die Stringtheorie verbindet zwei unvereinbare Konzepte: Die Quantenphysik beschreibt das Verhalten von subatomaren Elementarteilchen und ihren Austauschkräften – übersichtlich sortiert auf den Regalbrettern des Standardmodells der Teilchenphysik. Die Gravitationstheorie erklärt die Raumzeit im Universum mit seinen unermesslichen Entfernungen. Das Problem: Sie lässt sich nicht quantenphysikalisch beschreiben und in das Standardmodell der Teilchenphysik integrieren.

Das Neutrino: Kaum ein anderes Teilchen beschert der Physik mehr aufregende Fragestellungen. Warum ist es so viel leichter als seine Geschwister im Teilchenzoo – und welche Masse hat es genau? Ist es identisch mit seinem eigenen Antiteilchen? Gibt es neben den bekannten drei Neutrino-Arten noch weitere? Entsprechend viele Experimente versuchen, die Natur dieses Teilchens zu entschlüsseln. Meine Gruppe ist am KATRIN-Experiment am Karlsruhe Institut für Technologie (KIT) beteiligt. Dort versuchen etwa 150 Forschende, die Masse des Neutrinos zu ergründen. 

Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt die Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen. Seit der Entdeckung des Higgs-Bosons gilt es als komplett. Allerdings werfen einige Eigenschaften des Higgs-Bosons neue Fragen auf; genauso wie viele andere Phänomene, die sich nicht mit dem Standardmodell erklären lassen. Mit Beschleunigerexperimenten wie dem Large Hadron Collider sucht die Teilchenphysik nach Antworten. Der Erfolg dieser Projekte hängt wesentlich von präzise berechneten Vorhersagen ab.

Mit bodengebundenen Tscherenkow-Teleskopen lässt sich der Himmel nach energiereicher Gammastrahlung absuchen. Im Januar 2019 haben die beiden MAGIC-Teleskope auf La Palma den bisher energiereichsten Gammablitz gemessen. Damit gelang es, neue Erkenntnisse über diese geheimnisvollen kosmischen Ereignisse zu erhalten. Künftig hoffen wir, noch viele weitere Himmelskörper im höchsten Energiebereich ausfindig zu machen: Dafür wird derzeit auf La Palma und in Chile das zukünftige Cherenkov Telescope Array (CTA) mit über hundert Einzelteleskopen errichtet.

Bisher lässt sich die Gravitation (Schwerkraft) kaum in gängige Theorien der Teilchenphysik eingliedern. Physikerinnen und Physiker arbeiten daher an neuen Wegen, mit denen sich diese fundamentale Naturkraft mit anderen Modellen in Einklang gebracht werden kann.