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SFB TR9 'Computergestützte Theoretische Teilchenphysik'
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SFB TR27 'Neutrinos and Beyond'
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Anschrift:

Karlsruher Institut für Technologie
Geschäftsstelle KCETA
Hermann-v.Helmholtz-Platz 1 D-76344 Eggenstein-Leopoldshafen
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Forschungsthemen

Forschung und Lehre im KIT-Centrum Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik werden durch das Land Baden-Württemberg, die Helmholtz-Gemeinschaft, das BMBF, die DFG und die Europäische Union gefördert. KCETA ist in folgenden Forschungsfeldern aktiv:

 

Kosmische Strahlung

Das Pierre Auger-Observatorium auf einer Fläche von 3000 Quadratkilometern in der argentinischen Pampa besteht aus über 1600 autarken Tanks: In hochreinem Wasser lösen energetische Teilchen Lichtblitze aus. Daneben beobachten am Rand des Detektorfeldes vier Teleskopstationen die Leuchtspuren der kosmischen Teilchenschauer. Siehe auch das KASCADE-GRANDE Experiment.

 

 

 

Dunkle Materie

Im Experiment EDELWEISS werden mehr als 30 je 320 g schwere Germaniumdetektoren auf extrem tiefe Temperaturen abgekühlt (20 Millikelvin). Stößt ein WIMP mit einem Germaniumkern zusammen, wird dabei Energie deponiert: Die Temperatur des Kristalls erhöht sich dadurch geringfügig, außerdem wird die Umgebung des Zusammenstoßes ionisiert. Beide Signale werden gemessen und verarbeitet. Das KIT ist verantwortlich für die Identifikation und Unterdrückung kosmisch induzierten Untergrunds mit Hilfe von Plastik- und Flüssigszintillationsdetektoren.

 

Quantenfeldtheorie

Die Eigenschaften der fundamentalen Bausteine der Materie, der Elementarteilchen, werden im so genannten Standardmodell beschrieben: Es gibt Auskunft über ihre Eigenschaften und die zwischen ihnen wirkenden Kräfte von den kleinsten Abständen bis zu astronomischen Entfernungen.

 

 

Experimentelle Kolliderphysik

Das KIT ist an den weltweit leistungsfähigsten Teilchenbeschleunigern tätig, dem Tevatron am Fermilab (USA) und dem Large Hadron Collider (LHC) in Genf. Im LHC werden Bedingungen für Reaktionen erzeugen, die zu Zeiten von etwa 10 -13 Sekunden nach dem Urknall stattfanden. Der CMS -Detektor ist einer von vier großen Detektoren, die am LHC installiert wurden.

 

 

 

 

 

Theoretische Kolliderphysik

Informationen über die Kräfte zwischen Elementarteilchen werden durch Experimente gewonnen, bei denen Teilchen mit sehr hohen Energien gestreut werden. Die höchsten Energien und damit die kleinsten Abstände werden an den modernen Kollidern wie dem LHC in Genf erreicht. Die theoretische Kolliderphysik macht Vorhersagen für diese Experimente und hilft bei der Interpretation der Daten.

  

 

Flavourphysik

Die Grundbausteine der Materie sind Quarks (aus denen Protonen und Neutronen aufgebaut sind) und Leptonen (Elektronen und Neutrinos). Von beiden Klassen gibt es sechs unterschiedliche Sorten, genannt Flavours („Geschmacksrichtungen“). Mit dem CDF -Detektor am Fermilab (USA) wurde das schwerste Quark, das Top-Quark, entdeckt.

   

 

Neutrinophysik

Neutrinos sind die häufigsten massiven Teilchen im Universum: jeder Kubikzentimeter enthält 336 Neutrinos. Ihre Erforschung führt zu fundamentalen Fragen der Teilchenphysik und Kosmologie. So spielen Neutrinos eine wichtige Rolle bei der Untersuchung des Ursprungs der Masse. Als kosmische Architekten sind sie an der Gestaltung der sichtbaren Strukturen des Kosmos beteiligt. Seit einigen Jahren ist bekannt, dass Neutrinos eine Ruhemasse besitzen. Das Karlsruher Tritium Neutrino Experiment KATRIN wird weltweit erstmals in der Lage sein, die Masse von Neutrinos direkt zu messen.

 

Computergestützte Physik

Ohne den Einsatz leistungsfähiger Computer ist die Forschung im Bereich der Teilchen- und Astroteilchenphysik nicht mehr denkbar. Zur optimalen Ausnutzung der Computer-Ressourcen ist es jedoch notwendig, effektive Algorithmen in spezialisierten Computerprogrammen umzusetzen. Am KIT wird daher auf verschiedenen Ebenen intensiv an der Entwicklung von Software gearbeitet, die dann für physikalische Fragestellungen in der Teilchen und Astroteilchenphysik eingesetzt wird.

 

Technologieentwicklung

Schon zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme des größten Teilchenbeschleunigers der Welt, des LHC am CERN in Genf, arbeiten Wissenschaftler des KCETA an der Entwicklung von neuen Detektoren für die nächste Beschleunigergeneration. Dabei geht es darum, die Detektoren resistenter gegen Strahlenschäden zu machen und durch Wahl neuer Kühltechniken die Raumwinkelakzeptanz zu vergrößern. Für das KATRIN-Experiment werden bisher beispiellose Hochvakuumsysteme und kryogene Anlagen konzipiert und in Betrieb genommen.

Mit dem Nachweis von Radiosignalen aus Luftschauern werden dem Studium der kosmischen Strahlung viel versprechende Wege eröffnet. In prototypischen Experimenten wird die Methode optimiert.

 

Projekte in der Vorbereitung

Die wissenschaftlichen Themen werden ständig weiter entwickelt. Taktgeber in diesem dynamischen Prozess sind die wissenschaftliche Neugier, sowie die Programmzyklen der in KCETA angesiedelten Förderprogramme. Derzeit werden die Multi-Messenger-Astroteilchenphysik mit kosmischer Strahlung, die intensivierte und erweiterte Suche nach Dunkler Materie in direkten Stoßexperimenten und an Beschleunigern, der Aufbau der Astroteilchentheorie, die enge Verknüpfung theoretischer und experimenteller Studien bei der Auswertung der LHC-Daten und der Einsatz des Grid Computing als mögliche neue Aktivitäten diskutiert.

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