Teilchendetektoren für zukünftige Experimente – Vom Konzept bis zum Betrieb

Neues Graduiertenkolleg an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz bewilligt

23.05.2022

An der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) geht ab Herbst 2022 ein neues Graduiertenkolleg (GRK) an den Start. Das hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft kürzlich bekannt gegeben. Unter dem Titel "Teilchendetektoren für zukünftige Experimente – Vom Konzept bis zum Betrieb" haben Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler künftig die Gelegenheit im Rahmen ihrer Doktorarbeit teilchenphysikalische Grundlagenforschung und den Bau und die Konzeption hierfür nötiger Detektoren miteinander zu verbinden. Dabei profitieren sie von einem breit angelegten ergänzenden Ausbildungsprogramm vor Ort in Mainz aber auch an Partner-Instituten weltweit. Die Fördersumme für die nächsten fünf Jahre beträgt über vier Millionen Euro, mehr als 20 Doktorandinnen und Doktoranden können im Rahmen des neuen GRK promovieren. Sprecher ist Prof. Dr. Matthias Schott, Professor für Experimentelle Teilchenphysik am Mainzer Exzellencluster PRISMA+.

An vielen physikalischen Großexperimenten arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran, teilchenphysikalische Prozesse immer genauer zu vermessen. Ihr Ziel ist es, neue Physik zu entdecken, die über das aktuell gültige Standardmodell der Teilchenphysik hinaus geht. Dieses ist zwar extrem erfolgreich, kann aber grundlegende Fragen der modernen Physik nicht beantworten: Was ist Dunkle Materie? Und was Dunkle Energie? Wie können wir die Asymmetrie von Materie und Antimaterie erklären? Woher kommen die Massen der Neutrinos?

Um diese Fragen zu beantworten, ist es notwendig, neuartige Detektoren zu entwickeln. "Künftige experimentelle Teilchenphysiker benötigen eine breite Ausbildung, um diese Forschungsaufgabe zu meistern", beschreibt Matthias Schott die Motivation zur Etablierung eines neuen Graduiertenkollegs. "Aktuell werden weltweit viele verschiedene experimentelle Ansätze bei der Suche nach neuer Physik verfolgt – bei künftigen Neutrinoexperimenten ebenso wie bei der beschleunigerbasierten Physik. Wer in diesem Forschungsbereich arbeiten will, muss sich sowohl mit Detektortechnologien als auch mit der Planung und Durchführung von Experimenten sehr gut auskennen."

Ideale Voraussetzungen in Mainz

Das neue GRK bietet hierzu einen idealen Rahmen, indem es einerseits grundlegenden Fragen der Hochenergie-, Astroteilchen- sowie der Hadronen- und Kernphysik nachgeht – und andererseits einen Fokus auf die Entwicklung von innovativen Detektortechnologien mit Anwendungsmöglichkeiten an mehreren Experimenten legt. Damit bewegt sich das neue GRK im Grenzgebiet zwischen ingenieurwissenschaftlich-technischen und physikalischen Fragen.

Konzeptioneller Grundgedanke des GRK ist, dass das Spezialwissen der eigenen Doktorarbeit durch ein breites Ausbildungsprogramm komplementiert wird. Dieses wiederum beruht auf vier Säulen: Projektarbeit, Workshops, Sommerschulen und Internationalisierung. "Der Standort Mainz ist als Ausbildungszentrum für Detektorentwicklung prädestiniert", berichtet Matthias Schott. "Denn es gibt hier eine langjährige Expertise, die zum Beispiel im Rahmen des Detektorlabors an unserem Exzellencluster PRISMA+ gebündelt wurde." Insbesondere in den Bereichen Photonbasierte Detektoren, Ultraschnelle Datenverarbeitung und Rekonstruktion sowie bei Hochleistungsdetektoren für Spezialanwendungen ist sehr viel Know-How vorhanden. Auch die einzigartige Großgeräte-Infrastruktur wird in die Ausbildung integriert – zum Beispiel in Form von Projektarbeiten am Mainzer Beschleuniger MAMI oder am Forschungsreaktor TRIGA. In puncto Internationalisierung ist ein 6-monatiger Forschungsaufenthalt an Partner-Instituten weltweit vorgesehen.

"Am Ende wollen wir mit unserem neuen GRK vor allem dazu beitragen eine neue Generation von Detektorphysikerinnen und -physikern auszubilden", fasst Matthias Schott zusammen.

Über DFG Graduiertenkollegs

Graduiertenkollegs sind Einrichtungen der Hochschulen zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses, die von der DFG für maximal neun Jahre gefördert werden. Im Mittelpunkt steht die Qualifizierung von Doktorandinnen und Doktoranden im Rahmen eines thematisch fokussierten Forschungsprogramms sowie eines strukturierten Qualifizierungskonzepts. Eine interdisziplinäre Ausrichtung der Graduiertenkollegs ist erwünscht. Ziel ist es, die Promovierenden auf den komplexen Arbeitsmarkt "Wissenschaft" intensiv vorzubereiten und gleichzeitig ihre frühe wissenschaftliche Selbstständigkeit zu unterstützen. Im aktuellen Auswahlverfahren hat die DFG bundesweit 13 neue Graduiertenkollegs bewilligt. Die neuen GRK werden ab Herbst 2022 erstmals für eine Dauer von zunächst fünf Jahren gefördert. Für sie besteht zudem erstmalig die Option, Promovierende mehr als 36 Monate bis zu maximal 48 Monate über das Programm Graduiertenkollegs zu finanzieren.