Forschungsüberblick
Unser Forschungsschwerpunkt liegt auf der Physik von Hadronen wie Protonen, Neutronen oder Pionen. Nach dem Standardmodell der Teilchenphysik sind Hadronen zusammengesetzte Objekte, die aus Quarks und Gluonen bestehen. In einem einfachen Bild kann man sich ein Proton als aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark zusammengesetzt vorstellen, ein Neutron aus zwei Down-Quarks und einem Up-Quark. Zu diesen beiden leichten Quarks gibt es noch schwerere Geschwister: das Strange-, Charm-, Bottom- und das Top-Quark, und, um die Sache noch komplizierter zu machen, die Antiteilchen all dieser Quarks, die man Antiquarks nennt. Alle diese sogenannten Quark-Flavors waren bis wenige Mikrosekunden nach dem Urknall vorhanden. Die vier schwereren Quarks kommen heute in der Natur nicht mehr vor; um sie zu erzeugen, braucht man starke Beschleuniger oder hochenergetische kosmische Strahlung.
Quarks werden in Hadronen durch die starke Wechselwirkung gebunden, die stärkste der vier Grundkräfte in der Natur, die durch so genannte Gluonen vermittelt wird. Die Theorie der starken Wechselwirkung wird Quantenchromodynamik (QCD) genannt und ist Teil des Standardmodells der Teilchenphysik. Hadronen, die aus den beiden leichten Flavors, Up und Down, bestehen, machen fast die gesamte Masse des sichtbaren Universums aus. Nur ein kleiner Teil dieser Masse ist jedoch auf den Higgs-Mechanismus zurückzuführen. Der überwiegende Teil der Masse der Hadronen ist auf die starke Wechselwirkung zurückzuführen. Wie genau die Massen oder andere Eigenschaften von Hadronen durch die starke Wechselwirkung erzeugt werden, ist eines der großen Rätsel der Physik.
In unseren Experimenten verwenden wir elektromagnetische und hadronische Sonden, um diese Eigenschaften zu untersuchen. Die Hauptziele sind das Verständnis der Struktur von Nukleonen und Mesonen und die Spektroskopie von Mesonen mit COMPASS und AMBER sowie der Produktion von Hadronen in Hochenergiekollisionen mit ALICE am CERN. Zu diesem Zweck entwickeln wir hochauflösende und schnelle Teilchendetektoren, kümmern uns um deren Betrieb im Experiment und werten die damit aufgenommenen Daten aus. Als Nebenprodukt nutzen wir diese Detektoren auch für die Suche nach Dunkler Materie, d.h. nach Physik jenseits des Standardmodells.
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