Forschung

 

CMS Experiment - Higgs Boson

CMS Event Display Urheberrecht: CMS - CERN Ereignis im CMS Experiment

Das CMS Experiment am CERN erforscht die Struktur der Materie mit dem weltgrössten Teilchenbeschleuniger, dem Large Hadron Collider (LHC). Unsere im Jahr 2018 in Aachen gegründete Forschungsgruppe (Pressemitteilung) beschäftigt sich mit den bislang unverstandenen Eigenschaften des Higgs Bosons.

Insbesondere die Kopplung des Higgs Bosons an sogenannte Charmquarks ist von grossem Interesse, aber bislang nicht beobachtbar. Mittels neu entwickelter Werkzeuge, die sich unter anderem die neuen Möglichkeiten des Maschinenlernens zunutze machen, erwarten wir in den kommenden Jahren die ersten Resultate zur Messung der Higgs-Charmquark Kopplung.

In diesem Forschungsbereich bieten wir Abschlussarbeiten sowie die Möglichkeit für Doktorarbeiten an.

AKTUELL: Entdeckung des Higgs Zerfalls in b-Quarks: Pressemitteilung

Jet Flavour Identifikation

Ein wichtiges Werkzeug zur Identifikation des Ursprungs sogenannter Jets ist das "flavour tagging" welches sich die Eigenschaften langlebiger Teilchen innerhalb von Jets zunutze macht. Beispielsweise enthalten Jets, die von b-Quarks stammen einen Sekundären Zerfallsvertex, dessen Signatur mittels spezieller Mustererkennungsverfahren rekonstruiert werden kann. Die Herausforderung ist, eine Zerfallslänge weniger Mikrometer zu erkennen, mit einem der grössten Teilchendetekoren. Unsere Gruppe beschäftigt sich mit der Entwicklung dieser Verfahren speziell zur Erkennung von Charmquarks.

 

MADMAX Experiment - Axionen und Dunkle Materie

MADMAX Urheberrecht: Max Planck Institut München MADMAX Test Setup

Das Ziel des Magnetized Disc and Mirror Axion experiment (MADMAX) ist, erstmalig eine Sensitivität zu erreichen die den Nachweis eines neuen Elementarteilchens erbringen könnte, des sogenannten Axions. Das Axion ist ein bisher rein hypothetisches Teilchen, das gleich zwei zentrale Probleme in der Physik lösen könnte: Woraus Dunkle Materie besteht und warum bei der starken Wechselwirkung offenbar keine CP-Verletzung auftritt.

Aus astronomischen Beobachtungen wissen wir sehr präzise, dass lediglich 5% der Energie im Universum mit der bekannten Art von Materie erklärbar ist. Der Rest besteht aus Dunkler Materie beziehungsweise Dunkler Energie, deren Natur bislang nicht verstanden ist. Die Theorie, dass die Dunkle Materie aus Axion-Teilchen besteht gilt seit Jahrzehnten als naheliegender Erklärungsansatz.

Die dafür grundlegenden theoretischen Arbeiten zur Vorhersage der Axionen wurden bereits 1977 in einem ganz anderen Zusammenhang begonnen: um die Abwesenheit von CP-Verletzung (im weiteren Sinne Spiegelsymmetrie) in der starken Kernkraft zu erklären. Mittlerweile versteht man, dass diese Axionen noch weitere Mysterien der Physik erklären könnten, insbesondere die Natur der Dunklen Materie. Ein Nachweis dieser Hypothese steht noch aus.

Im geplanten MADMAX Experiment soll nach diesen Axionen gesucht werden mittels eines "dielektrischen Haloskops". Das Experiment beruht auf dem Prinzip, dass Axionen am Übergang zweier nichtleitender Materialien (Dielektrika) elektromagnetische Strahlung erzeugen können. Um diese Strahlung messbar zu machen, muss sie um mehrere Grössenordnungen verstärkt werden. Dazu verwendet das MADMAX Experiment merhere Dielektrische Scheiben, die in einer Resonator-Anordnung eine konstruktive Intereferenz und eine Resonanz erzeugen.

In einer Pressemitteilung wurden diese Pläne vor Kurzem der Öffentlichkeit bekannt gemacht.