Johannes Gutenberg-Universität Mainz > Fachbereich 08 > Physik > Physikforschung > Forschungsfelder > Hadronen- & Kernphysik
Wie groß sind Proton, andere Hadronen und Atomkerne? Wie sind sie geformt? Diese Fragen wollen wir durch verschiedene experimentelle Verfahren beantworten. Diese reichen von Formfaktormessungen bei der Elektronenstreuung mit unseren einzigartigen Elektronenbeschleunigern MAMI und MESA über Elektron-Positron-Kollisionen bis hin zu Ladungsradiusmessungen mit Myonenatomen. Gleichzeitig entwickeln wir theoretische Methoden und führen Berechnungen durch, die zur Korrektur und Auswertung dieser Messungen erforderlich sind.
Wie verbinden sich Quarks und Gluonen zu Hadronen? Welche gebundenen Systeme gibt es, was sind ihre Bindungsenergien und ihre Anregungen? Mit Hilfe von Elektron-Positron- und Proton-Antiproton-Kollisionen sowie Elektronen- und Photonenstreuexperimenten gehen wir diesen Fragen auf den Grund. Wir untersuchen die angeregten Zustände des Nukleons sowie unkonventionelle Hadronen, die mehr als drei Quarks enthalten, insbesondere, wenn eines davon ein charm-Quark ist.
Ein detailliertes Verständnis von Hadronen und Kernen bildet die Grundlage für viele Präzisionsmessungen, mit denen das Standardmodell der Elementarteilchenphysik getestet oder fundamentale Konstanten bestimmt werden sollen. Das P2-Experiment bei MESA zielt darauf ab, den schwachen Mischungswinkel – einen fundamentalen Parameter des Standardmodells – bei der paritätsaufhebenden Elektron-Proton-Streuung zu messen, was ein detailliertes Verständnis des Protons erfordert. Hadronische Beiträge führen zu den größten Unsicherheiten bei der Vorhersage des g-Faktors des Myons, einer der am genauesten berechneten und gemessenen Größen des Standardmodells. Wir liefern experimentellen, phänomenologischen und Gitter-QCD-Input, um diese hadronischen Beiträge zu quantifizieren und ihre Unsicherheiten zu verringern, was zu immer genaueren Tests des Standardmodells führt.
Wir untersuchen, wie Sterne die Elemente schmieden und wie sich Materie unter extremen Bedingungen verhält, von den Kernreaktionen, die die Sternentwicklung antreiben, bis hin zur dichten Materie in Neutronensternen. Erfahren Sie mehr über unsere Forschung im Bereich der nuklearen Astrophysik im Abschnitt „Sterne & Galaxien“ auf unserer Webseite „Astro-, Astroteilchen- & Neutrinophysik“.
Experimentelle & Theoretische Forschungsgruppen
Die Neutronenphysik untersucht die Eigenschaften, das Verhalten und die Wechselwirkungen von Neutronen, den elektrisch neutralen Bestandteilen von Atomkernen. Wir untersuchen freie Neutronen mit hoher Präzision, um ihre Lebensdauer, ihre magnetische Wechselwirkung, die mögliche Existenz eines elektrischen Dipolmoments und die Korrelationen zwischen den Zerfallsprodukten der Neutronen zu bestimmen. Wir erzeugen freie Neutronen entweder durch Kernspaltung in Kernreaktoren wie dem TRIGA-Reaktor oder aus Spallationsquellen wie am PSI.
Auf den Skalen, die für die Hadronen- und Kernphysik von Interesse sind, lässt die Stärke der starken Wechselwirkung keine Störungsexpansionen zu. Stattdessen können Berechnungen mit einer diskretisierten Raumzeit und Monte-Carlo-Methoden auf Supercomputern durchgeführt werden. Die Mainzer „Gitter“-Forschungsgruppe führt bahnbrechende Berechnungen für die Hadronenspektroskopie und -struktur sowie für hadronische Korrekturen an Präzisionsobservablen, insbesondere dem magnetischen Moment des Myons, durch.
Die Flavour-Physik beschreibt die Übergänge zwischen verschiedenen Generationen (Flavours) von Quarks und Leptonen über die schwache Wechselwirkung. Um mehr über unsere Forschung im Bereich der „Flavour-Physik“ zu erfahren, besuchen Sie bitte die Webseite „Hochenergie-Teilchenphysik“.
Experimentelle & Theoretische Forschungsgruppen
