Neuer SFB 1044: Die Niederenergie-Grenze des Standardmodells - Von Quarks und Gluonen zu Hadronen und Kernen

Sonderforschungsbereich am Institut für Kernphysik untersucht Bildung und Zusammensetzung subatomarer Teilchen / Kooperation mit BES-III-Experiment in Peking

25.11.2011

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Einrichtung eines neuen Sonderforschungsbereichs (SFB) an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) bewilligt. Der SFB 1044 "Die Niederenergie-Grenze des Standardmodells: Von Quarks und Gluonen zu Hadronen und Kernen" wird sich ab Januar 2012 mit grundlegenden Fragen der subatomaren Welt befassen. Die hochpräzisen Messungen sowie theoretischen Analysen, die hierfür vorgesehen sind, werden von den Mainzer Physikern um den Elektronenbeschleuniger MAMI in Zukunft auch in Kooperation mit chinesischen Kollegen am Institute of High Energy Physics (IHEP) in Peking durchgeführt. Die Sprecher des neuen Sonderforschungsbereichs sind Prof. Dr. Achim Denig (Experiment) und Prof. Dr. Marc Vanderhaeghen (Theorie) vom Institut für Kernphysik der Universität Mainz.

Im SFB 1044 wird die Rolle von Hadronen, also von subatomaren Teilchen, die aus Quarks und Gluonen aufgebaut sind, im Kontext der Teilchen-, Atom- und nuklearen Astrophysik besprochen. Die Hadronenphysik spielt dabei eine zentrale und verbindende Rolle sowohl bei den höchsten als auch bei den niedrigsten Energieskalen. So ist in nahezu allen Fragestellungen der genannten Forschungsfelder der Fortschritt durch die fehlende quantitative Kenntnis der starken Wechselwirkung beschränkt. Einerseits hat die Überwindung dieser Niederenergie-Grenze des Standardmodells direkte Auswirkungen auf zentrale Fragestellungen bspw. der Atom- und Teilchenphysik. Andererseits werden die Präzisionsmessungen zu einem Erkenntnisgewinn bzgl. der Struktur von Hadronen führen, z.B. bzgl. der Frage, wie Quarks und Gluonen sich zu Hadronen verbinden.

Konkrete physikalische Ziele des SFB 1044 sind u.a. eine genauere Bestimmung des anomalen magnetischen Moments des Myons, der elektromagnetischen Feinstrukturkonstanten, eine Lösung des sog. Proton-Radius-Puzzles sowie eine Präzisionsmessung des elektroschwachen Weinbergwinkels. Zur Erfüllung dieser Ziele wird im SFB 1044 eine strategische Kooperation zwischen dem Mainzer Mikrotron MAMI und dem Beijing Spectrometer BES-III geschlossen. Dieser innovative Ansatz, Messungen der Elektronenstreuung (MAMI) sowie der Elektron-Positron-Physik (BES-III) zu kombinieren, wird maßgeblich dazu beitragen, die Niederenergie-Grenze des Standardmodells zu überwinden.

Das Mainzer Mikrotron MAMI an der JGU ist ein Teilchenbeschleuniger für hochintensive Elektronenstrahlen, der seit 1990 in Betrieb ist. Mit dem Ausbau der 4. Stufe wurde im Jahre 2007 die Energie des Strahls auf 1,6 Gigaelektronenvolt (GeV) erhöht. Der Elektronenbeschleuniger dient Wissenschaftlern aus der ganzen Welt für Experimente in der Kern- und Teilchenphysik. Er zeichnet sich durch einen scharf definierten Strahl und hohe Genauigkeit aus. Das Gerät eignet sich daher sehr gut, um Präzisionsuntersuchungen zur Struktur der Materie im subatomaren Bereich durchzuführen.

Die Arbeiten im Rahmen des neuen SFB 1044 sind in das Mainzer Exzellenzcluster "Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter" (PRISMA) integriert, das sich derzeit in der abschließenden Auswahlrunde der Bundesexzellenzinitiative bewirbt.