Intern
Physik und ihre Didaktik

Teilchenphysik

Unweit der Mensateria am Campus Nord beschäftigen wir uns mit dem Standardmodell der Teilchenphysik. Dieses Modell beschreibt unser gegenwärtiges Verständnis der Bausteine der Materie und ihrer Wechselwirkungen. In der experimentellen Teilchenphysik wird dieses Standardmodell mit ständig steigender Genauigkeit geprüft. Beispielsweise durch die ATLAS-Kollaboration, an der wir beteiligt sind. ATLAS ist der größte Universaldetektor am Large Hadron Collider (LHC), der mit Proton-Proton-Kollisionen arbeitet.

Unsere Gruppe trägt sowohl zur Weiterentwicklung der Detektoren, deren Verständnis und Betrieb, wie auch zur Auswertung der Daten bei. Dazu nutzen wir von Würzburg aus die im weltweiten Grid gespeicherten Daten des ATLAS Detektors und die Rechenkapazitäten des CERN. Die notwendigen Algorithmen hierfür werden in internationalen Arbeitsgruppen entwickelt und die Aufgaben untereinander aufgeteilt. Für Bachelor- und Masterarbeiten können einige Aufgaben auch in kleinere Fragenstellungen heruntergebrochen werden, so dass schon mit diesen Arbeiten nützliche Beiträge zur Datenanalyse geleistet werden können.

Schwerpunkte der Analyse in Würzburg zur Überprüfung des Standardmodells sind die Untersuchung der Masse des W-Bosons, die Betrachtung von Prozessen mit Beteiligung von Top-Quarks oder der Test der elektroschwachen Eichtheorie durch Streuprozesse zwischen Eichbosonen (W, Z und Photon).

ATLAS-Detektor am LHC

LHC-Beschleuniger am CERN, Genf (Foto: CERN)

Am Large Hadron Collider (LHC) am Cern werden seit 2012 Protonen auf Schwerpunktsenergien von 8 TeV und mehr beschleunigt. Seit dem neuen Upgrade läuft der LHC mit einer Schwerpunktsenergie von fast 14 GeV. Das ist ein neuer Weltrekord für die Kollision von Protonenstrahlen! Die hohen Energien an den Kollisionspunkten ähneln den Bedingungen, wie sie Bruchteile von Sekunden nach dem Urknall im Universum herrschten.

Der ATLAS-Detektor am LHC untersucht die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse. An diesem Großexperiment sind mehr als 2000 Wissenschaftler und Ingenieure aus weltweit mehr als 150 Instituten im Rahmen der ATLAS-Kollaboration beteiligt. Seit Juli 2008 ist auch die Gruppe „Experimentelle Teilchenphysik“ am Lehrstuhl für Physik und ihre Didaktik Mitglied in der ATLAS-Kollaboration. Eines der wichtigsten Ziele von ATLAS ist das Verständnis der Teilchenmassen. Andere wichtige Aufgaben sind das Studium der Top-Physik, die Suche nach supersymmetrischen Teilchen sowie die Suche nach neuer Physik jenseits des Standardmodells der Elementarteilchenphysik.

Einer der vielbeachteten Erfolge der Auswertung der bisherigen ATLAS-Daten ist die Entdeckung des Higgs-Bosons zusammen mit dem CMS Experiment am 4.7.2012. Die Entdeckung des Higgs-Bosons war die Voraussetzung des Nobelpreise 2013. Darüber hinaus gibt es aber auch eine Vielzahl anderer Ergebnisse.

Teilchenkollision im ATLAS-Detektor (Quelle: CERN)

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