Teilchen- und Astroteilchenphysik
(slides about the research field, presented on the PIER Advisory Board Meeting on 15 April 2013: klick here)
Teilchenforscher versuchen, das wohl tiefgründigste aller Physik-Rätsel zu lösen: Aus welchen Urbausteinen besteht die Welt, und was hält diese Bausteine zusammen? Einiges können die Wissenschaftler bereits heute beantworten: Materie setzt sich aus winzigen Teilchen zusammen, vor allem aus Quarks und Elektronen. Vier elementare Kräfte wirken auf diese Materiebausteine ein, darunter die elektromagnetische Kraft sowie die starke Wechselwirkung, die die Quarks zu Atomkernen „verklebt“. Standardmodell, so nennt sich das derzeitig gültige Theoriegebäude der Teilchenphysik. Es hat sich in unzähligen Experimenten bewährt. Dennoch bleiben wesentliche Fragen offen: Wie kommen Quarks und Elektronen überhaupt zu ihrer Masse? Lassen sich Kräfte und Teilchen durch ein einheitliches Modell beschreiben? Gibt es gar eine Art „Supertheorie“, viel grundlegender als das Standardmodell? Und wie hängt das alles mit dem Urknall zusammen – jenem unvorstellbaren Gewaltakt, mit dem das Universum vor 13,7 Milliarden Jahren geboren wurde?

Seit Jahrzehnten ist Hamburg der wichtigste und renommierteste Teilchen-physik-Standort in Deutschland, vertreten durch das Forschungszentrum DESY und die Universität Hamburg. Seine Experimentalphysiker waren an bahnbrechenden Entdeckungen beteiligt und arbeiten heute an vorderster Front an den Experimenten des LHC (Large Hadron Collider) mit, dem leistungsstärksten Beschleuniger aller Zeiten.

Die Theoretiker loten neue, wegweisende Modelle wie die Stringtheorie aus – ein vielversprechender Kandidat für eine wirklich allumfassende Theorie der Teilchenphysik.

Beschleunigerphysiker entwerfen innovative Konzepte für die Maschinen der Zukunft – insbesondere die supraleitende TESLA-Technologie, auf deren Basis künftige Großgeräte wie der Röntgenlaser European XFEL, aber auch der geplante internationale Großbeschleuniger ILC funktionieren werden. Und die Vertreter der Astroteilchenphysik fahnden mit spektakulären Detektoren nach Partikeln wie den flüchtigen Neutrinos, die laufend auf die Erde treffen. Ihre präzise Analyse kann helfen, Neues über kosmische Exoten wie Schwarze Löcher und Supernova-Explosionen in Erfahrung zu bringen.

Auf all diesen Gebieten arbeiten die Universität Hamburg und das Forschungszentrum DESY besonders eng zusammen. Das zeigt sich in zahlreichen gemeinsamen Initiativen: ein Sonderforschungsbereich der DFG, die Hamburger Landesexzellenzinitiative, mehrere EU- und BMBF- Projekte, diverse Graduiertenkollegs, die Helmholtz-Allianz „Physics at the Terascale“, das Hamburger Zentrum für Theoretische Physik, das Zentrum für Mathematische Physik und die Kooperation mit der Hamburger Sternwarte.