{"id":15675,"date":"2025-05-05T14:26:05","date_gmt":"2025-05-05T12:26:05","guid":{"rendered":"https:\/\/cms.zdv.uni-mainz.de\/fb08-physics\/hadronen-kernphysik\/"},"modified":"2026-04-10T14:55:21","modified_gmt":"2026-04-10T12:55:21","slug":"hadronen-kernphysik","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/physics.uni-mainz.de\/de\/home\/physikalische-forschung\/forschungsfelder\/hadronen-kernphysik\/","title":{"rendered":"Hadronen- & Kernphysik"},"content":{"rendered":"\n<\/jgu-base-pageheader>\n\n\n

Johannes Gutenberg-Universit\u00e4t Mainz<\/a> > Fachbereich 08<\/a> > Physik<\/a> > Physikforschung<\/a> > Forschungsfelder<\/a> > Hadronen- & Kernphysik<\/p>\n\n\n\n

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Wie gro\u00df 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 \u00fcber Elektron-Positron-Kollisionen bis hin zu Ladungsradiusmessungen mit Myonenatomen. Gleichzeitig entwickeln wir theoretische Methoden und f\u00fchren Berechnungen durch, die zur Korrektur und Auswertung dieser Messungen erforderlich sind. <\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Die A1-Kollaboration mit 50 Mitgliedern aus 20 L\u00e4ndern konzentriert sich auf die Hadronenstruktur. Der Aufbau des Spektrometers ist besonders daf\u00fcr geeignet, grundlegende Eigenschaften des Nukleons zu erforschen, zum Beispiel Ladungsverteilungen durch Messungen des elastischen Formfaktors und verallgemeinerte Polarisierbarkeiten durch virtuelle Compton-Streuung. Die Mesonenproduktion gibt Aufschluss \u00fcber die Resonanzstruktur des Nukleons und die Eigenschaften des Mesons. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n\n

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Ein Photon, das auf ein Nukleon trifft, koppelt an den elektromagnetischen Strom des Nukleons und bewirkt, dass es Mesonen abstrahlt, wenn die Photonenenergie hoch genug ist. Solche Reaktionen, die durch zirkular und linear polarisierte reale Photonen bis zu Energien von 1,5 GeV ausgel\u00f6st werden, werden von der internationalen A2 Kollaboration am MAMI untersucht. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n\n

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Protonen sind einer der wichtigsten Bausteine des sichtbaren Universums. Zusammen mit Neutronen bilden sie die Kerne eines jeden Atoms. Dennoch gibt es Fragen zu einigen der grundlegendsten Eigenschaften des Protons, wie seine Gr\u00f6\u00dfe, seine innere Struktur und seinen Eigendrehimpuls. Im Dezember 2020 genehmigte das CERN Research Board die erste Phase („Phase-1“) eines neuen Experiments, das zur Kl\u00e4rung einiger dieser Fragen beitragen wird. AMBER<\/a>, oder Apparatus for Meson and Baryon Experimental Research, wird die n\u00e4chste Generation des COMPASS-Experiments<\/a> sein. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n\n

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Das Institut f\u00fcr Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking betreibt einen Elektron-Positron-Collider namens BEPC-II (Beijing electron-positron collider II). Er ist f\u00fcr Schwerpunktsenergien zwischen 2 und 5 GeV ausgelegt, was die Untersuchung von Charmonium mit sehr hoher Statistik erm\u00f6glicht. Die geplante Luminosit\u00e4t betr\u00e4gt 1033<\/sup> cm-2<\/sup> s-1<\/sup>. Seit 2009 werden Messungen bei verschiedenen Kollisionsenergien mit dem BESIII (Beijing Spectrometer III) Detektor durchgef\u00fchrt. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n\n

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Das MAGIX-Experiment (MAinz Gas-Internal Target Experiment) wird aus zwei magnetischen Spektrometern mit einer relativen Impulsaufl\u00f6sung in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von 10–<\/sup>\u2074 bestehen, sofern eine r\u00e4umliche Aufl\u00f6sung in der Fokalebene der Spektrometer von 100 \u03bcm erreicht wird. MAGIX wird im Beam-Dump-Modus mit festen Zielen und im ERL-Modus mit einem fensterlosen internen Gasstrahltarget arbeiten. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n\n

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Im Rahmen des Projekts werden am PSI eine Reihe von Myonen-R\u00f6ntgenmessungen in Kernen mit mittlerem und hohem Z-Wert durchgef\u00fchrt. Dabei werden ein hochreines Germanium-Detektor-Array, In-Beam-Myonendetektoren und ein modernes digitales Datenerfassungssystem eingesetzt. Es wurde ein neuartiges Wasserstofftarget f\u00fcr den Myonentransfer entwickelt, das Messungen mit nur wenigen Mikrogramm Targetmaterial erm\u00f6glicht. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n\n

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Das P2-Experiment ist ein magnetisches Spektrometer, dessen Hauptziel die Messung des elektroschwachen Mischungswinkels bei sehr geringem Impuls\u00fcbergang ist, der durch die Messung einer parit\u00e4tsverletzenden Links-Rechts-Asymmetrie in der elastischen Elektron-Proton-Streuung erfassbar wird. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n\n

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Protonen und Neutronen – zusammenfassend Nukleonen genannt – geh\u00f6ren zur Familie der Hadronen. Sie sind aus Quarks aufgebaut und durch die starke Kraft gebunden, die durch Gluonen vermittelt wird. Die Kraft wirkt zwischen zwei Quarks und verh\u00e4lt sich ungew\u00f6hnlich: Sie ist sehr gering, wenn sich die Quarks in geringem Abstand zueinander befinden. Sie nimmt zu, wenn der Abstand gr\u00f6\u00dfer wird und bleibt dann konstant, auch wenn die Quarks immer weiter voneinander entfernt sind. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n<\/jgu-base-tabs>\n\n<\/jgu-base-accordionitem>\n\n<\/jgu-base-accordion>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div><\/div>\n<\/jgu-base-section>\n\n\n

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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 Zust\u00e4nde des Nukleons sowie unkonventionelle Hadronen, die mehr als drei Quarks enthalten, insbesondere, wenn eines davon ein charm-Quark ist. <\/p>\n\n\n\n

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Das Institut f\u00fcr Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking betreibt einen Elektron-Positron-Collider namens BEPC-II (Beijing electron-positron collider II). Er ist f\u00fcr Schwerpunktsenergien zwischen 2 und 5 GeV ausgelegt, was die Untersuchung von Charmonium mit sehr hoher Statistik erm\u00f6glicht. Die geplante Luminosit\u00e4t betr\u00e4gt 1033<\/sup> cm-2<\/sup> s-1<\/sup>. Seit 2009 werden Messungen bei verschiedenen Kollisionsenergien mit dem BESIII (Beijing Spectrometer III) Detektor durchgef\u00fchrt. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n\n

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Ein Photon, das auf ein Nukleon trifft, koppelt an den elektromagnetischen Strom des Nukleons und bewirkt, dass es Mesonen abstrahlt, wenn die Photonenenergie hoch genug ist. Solche Reaktionen, die durch zirkular und linear polarisierte reale Photonen bis zu Energien von 1,5 GeV ausgel\u00f6st werden, werden von der internationalen A2 Kollaboration am MAMI untersucht. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n\n

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Protonen und Neutronen – zusammenfassend Nukleonen genannt – geh\u00f6ren zur Familie der Hadronen. Sie sind aus Quarks aufgebaut und durch die starke Kraft gebunden, die durch Gluonen vermittelt wird. Die Kraft wirkt zwischen zwei Quarks und verh\u00e4lt sich ungew\u00f6hnlich: Sie ist sehr gering, wenn sich die Quarks in geringem Abstand zueinander befinden. Sie nimmt zu, wenn der Abstand gr\u00f6\u00dfer wird und bleibt dann konstant, auch wenn die Quarks immer weiter voneinander entfernt sind. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n<\/jgu-base-tabs>\n\n<\/jgu-base-accordionitem>\n\n<\/jgu-base-accordion>\n<\/div>\n\n\n\n

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Ein detailliertes Verst\u00e4ndnis von Hadronen und Kernen bildet die Grundlage f\u00fcr viele Pr\u00e4zisionsmessungen, 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 parit\u00e4tsaufhebenden Elektron-Proton-Streuung zu messen, was ein detailliertes Verst\u00e4ndnis des Protons erfordert. Hadronische Beitr\u00e4ge f\u00fchren zu den gr\u00f6\u00dften Unsicherheiten bei der Vorhersage des g-Faktors des Myons, einer der am genauesten berechneten und gemessenen Gr\u00f6\u00dfen des Standardmodells. Wir liefern experimentellen, ph\u00e4nomenologischen und Gitter-QCD-Input, um diese hadronischen Beitr\u00e4ge zu quantifizieren und ihre Unsicherheiten zu verringern, was zu immer genaueren Tests des Standardmodells f\u00fchrt. <\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Wir untersuchen, wie Sterne die Elemente schmieden und wie sich Materie unter extremen Bedingungen verh\u00e4lt, von den Kernreaktionen, die die Sternentwicklung antreiben, bis hin zur dichten Materie in Neutronensternen. Erfahren Sie mehr \u00fcber unsere Forschung im Bereich der nuklearen Astrophysik im Abschnitt „Sterne & Galaxien“ auf unserer Webseite „Astro-, Astroteilchen- & Neutrinophysik“. <\/p>\n\n\n\n

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Experimentelle & Theoretische Forschungsgruppen<\/a><\/p>\n\n\n\n

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Die Neutronenphysik untersucht die Eigenschaften, das Verhalten und die Wechselwirkungen von Neutronen, den elektrisch neutralen Bestandteilen von Atomkernen. Wir untersuchen freie Neutronen mit hoher Pr\u00e4zision, um ihre Lebensdauer, ihre magnetische Wechselwirkung, die m\u00f6gliche 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<\/a> oder aus Spallationsquellen wie am PSI<\/a>.<\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Das tSPECT-Experiment zielt darauf ab, die Lebensdauer freier Neutronen zu messen, indem wir sehr energiearme Neutronen, sogenannte ultrakalte Neutronen (UCNs), in einer vollst\u00e4ndig magnetischen Falle ohne Kollisionen mit Materialw\u00e4nden suspendieren. Basierend auf der Wechselwirkung des magnetischen Moments von Neutronen mit einem Magnetfeldgradienten, lassen wir UCNs im freien Raum schweben. UCNs, die ihre potentielle Energie in einer Region mit niedrigem Magnetfeld minimieren, k\u00f6nnen dort gelagert werden, um ihre Zerfallsrate durch Neutronen-\u03b2-Zerfall zu messen. Mit einer Kombination aus permanenten und supraleitenden Magneten schaffen wir einen geeigneten Einfangbereich in der kalten Bohrung eines Kryostaten. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n\n \n\n

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Mit ultrakalten Neutronen, die sehr gut charakterisierten schwachen magnetischen und starken elektrischen Feldern ausgesetzt werden, suchen wir nach dem elektrischen Dipolmoment des Neutrons. Diese Eigenschaft bricht, falls sie endlich ist, die Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie und kann einen der unverzichtbaren Bestandteile f\u00fcr die Erzeugung der Materie-Antimaterie-Asymmetrie liefern, die wir im Universum beobachten.<\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-buttonitem>\n\n<\/jgu-base-button><\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-tabsitem>\n\n<\/jgu-base-tabs>\n\n<\/jgu-base-accordionitem>\n\n<\/jgu-base-accordion>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div><\/div>\n<\/jgu-base-section>\n\n\n

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Auf den Skalen, die f\u00fcr die Hadronen- und Kernphysik von Interesse sind, l\u00e4sst die St\u00e4rke der starken Wechselwirkung keine St\u00f6rungsexpansionen zu. Stattdessen k\u00f6nnen Berechnungen mit einer diskretisierten Raumzeit und Monte-Carlo-Methoden auf Supercomputern durchgef\u00fchrt werden. Die Mainzer „Gitter“-Forschungsgruppe f\u00fchrt bahnbrechende Berechnungen f\u00fcr die Hadronenspektroskopie und -struktur sowie f\u00fcr hadronische Korrekturen an Pr\u00e4zisionsobservablen, insbesondere dem magnetischen Moment des Myons, durch. <\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Die Flavour-Physik beschreibt die \u00dcberg\u00e4nge zwischen verschiedenen Generationen (Flavours) von Quarks und Leptonen \u00fcber die schwache Wechselwirkung. Um mehr \u00fcber unsere Forschung im Bereich der „Flavour-Physik“ zu erfahren, besuchen Sie bitte die Webseite „Hochenergie-Teilchenphysik“. <\/p>\n\n\n\n

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Experimentelle & Theoretische Forschungsgruppen<\/a><\/p>\n\n\n\n

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