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Auf der Suche nach neuer Physik und Dunkler Materie
Redaktion
/ Pressemitteilung des Karlsruher Instituts für Technologie
astronews.com
26. Juni 2024
Neue Erkenntnisse über die Entstehung des Universums und
über die Beschaffenheit der Dunklen Materie erhofft sich die Wissenschaft vor
allem von der Teilchenphysik. Diese forscht oft in internationalen Teams an
gewaltigen Beschleunigeranlagen. Trotzdem muss die Finanzierung der einzelnen
Partnerinstitute national gesichert werden. In Karlsruhe ist dies nun für die
kommenden drei Jahre gelungen.
Blick in den
CMS-Detektor am LHC des CERN in Genf, Schweiz.
Hier suchen Forschende des KIT mit
internationalen Partnern Antworten auf Fragen zum
Aufbau der Materie.
Foto: Max Brice /
CERN [Großansicht] |
Wie entstand das Universum? Warum verhalten sich die fundamentalen Bausteine
der Materie so, wie sie sich verhalten? Woraus besteht die Dunkle Materie, die
den Großteil der Masse im Universum ausmacht? Mit den großen Teilchendetektoren
CMS am CERN in Genf in der Schweiz und Belle II am KEK in Tsukuba in Japan gehen
Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gemeinsam mit
internationalen Partnern diesen Fragen nach. Das Bundesministerium für Bildung
und Forschung (BMBF) fördert die Projekte am KIT ab dem 1. Juli 2024 für die
nächsten drei Jahre mit 8,2 Millionen Euro und stärkt so die Weiterentwicklung
der experimentellen Teilchenphysik.
Um die elementaren Fragen rund um die kleinsten Bausteine der Materie
beantworten zu können, braucht es die größten Experimentieranlagen, die je
gebaut wurden: gewaltige Teilchenbeschleuniger und Detektoren, welche die Spuren
der Teilchenkollisionen aufzeichnen. Ebenfalls notwendig ist eine effiziente
Infrastruktur, um die riesigen Datenmengen zu verarbeiten, zu speichern und
bereitzustellen. Der Compact Muon Solenoid (CMS) am Large Hadron
Collider (LHC), ein Teilchenbeschleuniger des CERN, und der
Belle-II-Detektor am SuperKEKB-Beschleuniger des KEK sollen das leisten. An
beiden Projekten sind die Forschenden des KIT von Anfang an beteiligt. Dabei
bewegen sie sich immer an der Grenze des technisch Machbaren und planen
langfristig die Weiterentwicklung der Experimentieranlagen.
Während sie den erfolgreichen Betrieb der Detektoren gewährleisten und die
gesammelten Daten auswerten, konstruieren sie gleichzeitig Komponenten für die
nächste Ausbaustufe der Experimente und entwickeln die Dateninfrastruktur
vorausschauend weiter. Auch an die Detektoren von übermorgen denken die
Forschenden, indem sie neue Konzepte entwickeln. Diese Projekte, die maßgeblich
vom Institut für Experimentelle Teilchenphysik (ETP) des KIT mit Partnern aus
den Fachbereichen Elektronik und Informationsverarbeitung vorangetrieben werden,
fördert das BMBF in den nächsten drei Jahren mit insgesamt 8,2 Millionen Euro.
"Die finanziellen Mittel sind entscheidend, um die Forschung auf höchstem
Niveau fortzusetzen und neue wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen", sagt
Professor Markus Klute, Leiter des ETP. "Die experimentelle Teilchenphysik ist
dank dieser Unterstützung durch das BMBF für die kommenden Herausforderungen gut
aufgestellt."
Mit der Förderung wollen die Arbeitsgruppen am KIT unter anderem das
Higgs-Boson mithilfe der CMS-Daten so präzise wie noch nie vermessen und
Antworten auf die drängendsten Fragen im aktuellen Verständnis vom Aufbau der
Materie finden. Die Forschung der Karlsruher Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler innerhalb des Belle-II-Experiments zielt darauf ab, bisher
unbekannte Teilchen der Dunklen Materie zu finden und Erklärungen für die
Asymmetrie von Materie und Antimaterie zu suchen. "Um aus den Millionen
Kollisionen pro Sekunde die seltenen Ereignisse herauszufiltern, die uns
interessieren, reichen bestehende Methoden künftig nicht mehr aus", so Professor
Torben Ferber, der die Belle-II-Arbeitsgruppe am ETP leitet. Daher entwickelt
sein Team gemeinsam mit Gruppen aus der Elektronik und der Technischen
Informationsverarbeitung ultraschnelle Algorithmen, um die Leistungsfähigkeit
der Teilchendetektoren zu steigern.
Das Großrechenzentrum GridKa am KIT spielt eine zentrale Rolle bei der
Verarbeitung und Analyse großer Datenmengen in der Teilchenphysik. Um diese
Datenmengen auch künftig zu bewältigen, treiben Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler des KIT die Anpassung der IT-Infrastruktur voran. "Angesichts
der weltweiten Ressourcenverknappung und des wachsenden Bewusstseins, möglichst
sorgsam mit den vorhandenen Ressourcen in allen Bereichen umzugehen, liegt der
Fokus unserer Entwicklungsarbeiten darauf, alle Prozesse hinsichtlich ihrer
Energieeffizienz und Nachhaltigkeit zu optimieren", sagt Professor Günter Quast,
der mit seiner Arbeitsgruppe am ETP zu diesen Entwicklungen beiträgt.
In den Reinräumen und Laboren am KIT werden schon heute Komponenten des
zukünftigen CMS-Detektors gebaut, die ab 2029 im dann überarbeiteten
Beschleunigerkomplex des CERN zum Einsatz kommen. "Außerdem entwickeln wir
gemeinsam mit Gruppen aus dem Fachbereich Elektronik neue Konzepte für
siliziumbasierte Detektoren und erforschen deren Anwendbarkeit für die nächste
Generation von Teilchenbeschleunigern", erläutert Professor Ulrich Husemann, der
am ETP für die Detektorentwicklung verantwortlich ist und damit die
jahrzehntelange Tradition der Karlsruher Forschung auf diesem Gebiet fortsetzt.
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