{"id":15685,"date":"2025-05-09T10:27:18","date_gmt":"2025-05-09T08:27:18","guid":{"rendered":"https:\/\/cms.zdv.uni-mainz.de\/fb08-physics\/hochenergie-teilchenphysik\/"},"modified":"2026-05-06T10:42:15","modified_gmt":"2026-05-06T08:42:15","slug":"hochenergie-teilchenphysik","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/physics.uni-mainz.de\/de\/home\/physikalische-forschung\/forschungsfelder\/hochenergie-teilchenphysik\/","title":{"rendered":"Hochenergie-Teilchenphysik"},"content":{"rendered":"\n<\/jgu-base-pageheader>\n\n\n

Johannes Gutenberg-Universit\u00e4t Mainz<\/a> > Fachbereich 08<\/a> > Physik<\/a> > Physikforschung<\/a> > Forschungsfelder<\/a> > Hochenergie-Teilchenphysik<\/p>\n\n\n\n

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Das Standardmodell der Teilchenphysik bietet einen umfassenden und vorhersagekr\u00e4ftigen Rahmen f\u00fcr alle bekannten Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen. Verschiedene Pr\u00e4zisionsmessungen von Prozessen des Standardmodells am LHC wurden und werden von Mainzer Wissenschaftlern anhand von Daten durchgef\u00fchrt, die mit dem ATLAS-Experiment gesammelt wurden. Dazu geh\u00f6ren Messungen der Masse der W- und Z-Bosonen, des effektiven elektroschwachen Mischungswinkels sowie der Dibosonenproduktion, die von der hervorragenden Leistung des LHC (in Bezug auf die gelieferte integrierte Luminosit\u00e4t) und des ATLAS-Experiments profitieren. <\/p>\n\n\n\n

Effektive Feldtheorien sind ein leistungsf\u00e4higes Werkzeug, um die theoretische Pr\u00e4zision zu erreichen, die f\u00fcr das Verst\u00e4ndnis der Messungen des Standardmodells notwendig ist, um eine Br\u00fccke zwischen den Messungen des Standardmodells und der Suche nach neuer Physik zu schlagen und um unser Verst\u00e4ndnis der Quantenfeldtheorien insgesamt zu vertiefen. In Mainz befassen sich die Forschenden mit Berechnungen von Observablen der Collider-Physik mit Hilfe von soft-collinear effective theory und nutzen effektive Feldtheorien zur Charakterisierung der Neuen Physik. Effektive Feldtheorien werden auch untersucht, um Messungen an Hochenergie-Collidern mit Beobachtungen aus der Astrophysik, der Flavour-Physik und Niederenergie-Pr\u00e4zisionsmessungen zu verbinden. <\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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ATLAS ist ein Vielzweck-Teilchenphysikexperiment am Large Hadron Collider (LHC) am CERN. Es wurde entwickelt, um das Entdeckungspotenzial des LHC voll auszusch\u00f6pfen und die Grenzen der wissenschaftlichen Erkenntnis zu erweitern. Mit Hilfe von Pr\u00e4zisionsmessungen sollen fundamentale Fragen beantwortet werden, wie zum Beispiel: Was sind die fundamentalen Kr\u00e4fte der Natur? Woraus besteht die dunkle Materie? Was ist die fundamentale Physik des fr\u00fchen Universums?<\/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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Die Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 hat ein v\u00f6llig neues Fenster zur Physik des Universums und zu vielen grundlegenden Fragen der Teilchenphysik ge\u00f6ffnet. Die Messung der Kopplungen des Higgs-Bosons an alle Elementarteilchen mit zunehmender Pr\u00e4zision stellt nicht nur einen tiefgehenden Test des Higgs-Mechanismus dar, sondern erm\u00f6glicht auch die Suche nach neuen Teilchen durch den Nachweis von durch Schleifenkorrekturen verursachten Abweichungen. In \u00e4hnlicher Weise k\u00f6nnte das Higgs-Boson an Teilchen des dunklen Sektors koppeln, was durch die Messung seiner Zerfallsbreite in unsichtbare Endzust\u00e4nde untersucht werden kann. Dar\u00fcber hinaus ist ein besseres Verst\u00e4ndnis des Higgs-Potenzials auf der Grundlage von Messungen der Higgs-Selbstkopplung von entscheidender Bedeutung sowohl f\u00fcr die Physik des fr\u00fchen Universums, wo der elektroschwache Phasen\u00fcbergang eine entscheidende Rolle bei der Entstehung der Materie-Antimaterie-Asymmetrie gespielt haben k\u00f6nnte, als auch f\u00fcr das Ende des Universums, das von der Stabilit\u00e4t des Higgs-Vakuums bestimmt wird. Die Mainzer Forscher gehen all diesen Themen mit Messungen mit dem ATLAS-Detektor am LHC nach, indem sie neue Experimente an einer zuk\u00fcnftigen Higgs-Fabrik vorbereiten, neue Modelle vorschlagen, um unsere Interpretationskraft der Daten zu erweitern, Verbindungen zwischen der Higgs-Physik und der Physik des fr\u00fchen Universums analysieren und grundlegende Fragen \u00fcber den Ursprung der elektroschwachen Skala untersuchen. <\/p>\n\n\n\n

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ATLAS ist ein Vielzweck-Teilchenphysikexperiment am Large Hadron Collider (LHC) am CERN. Es wurde entwickelt, um das Entdeckungspotenzial des LHC voll auszusch\u00f6pfen und die Grenzen der wissenschaftlichen Erkenntnis zu erweitern. Mit Hilfe von Pr\u00e4zisionsmessungen sollen fundamentale Fragen beantwortet werden, wie zum Beispiel: Was sind die fundamentalen Kr\u00e4fte der Natur? Woraus besteht die dunkle Materie? Was ist die fundamentale Physik des fr\u00fchen Universums? <\/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 neuer Hochenergiebeschleuniger wird ben\u00f6tigt, um Pr\u00e4zisionsstudien zur Physik des Higgs-Bosons durchzuf\u00fchren. Damit sollen die R\u00e4tsel des fr\u00fchen Universums gel\u00f6st und m\u00f6glicherweise ein Tor zum dunklen Sektor ge\u00f6ffnet werden.<\/p>\n\n\n\n

Mainzer Physiker betreiben Forschung und Entwicklung im Bereich der Hochpr\u00e4zisionskalorimetrie, um das Physikpotenzial eines solchen zuk\u00fcnftigen Colliders voll auszusch\u00f6pfen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung und dem Bau von Szintillator-basierten Kalorimetern mit hoher Granularit\u00e4t, zusammen mit Partnern der DRD Calo Collaboration und in enger Zusammenarbeit mit dem PRISMA++ Detector Laboratory. <\/p>\n<\/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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Verschiedene Beobachtungen stellen das Standardmodell der Teilchenphysik in Frage: die Existenz der Dunklen Materie, die f\u00fcr die Strukturbildung im fr\u00fchen Universum entscheidend ist, die Materie-Antimaterie-Asymmetrie, die sich kurz nach dem Urknall gebildet hat, und die winzigen Neutrinomassen, die sich mit dem Standardmodell nicht erkl\u00e4ren lassen. Mainzer Theoretiker entwickeln neue Modelle, um diese offenen Fragen zu kl\u00e4ren, f\u00fchren ph\u00e4nomenologische Studien durch, um die Auswirkungen experimenteller Ergebnisse zu verstehen oder um neue experimentelle Untersuchungen anzuregen, und entwickeln theoretische Methoden weiter, um zuverl\u00e4ssige Vorhersagen zu erhalten. <\/p>\n\n\n\n

Mainzer Experimentalphysiker und -physikerinnen suchen mit dem ATLAS-Experiment nach neuen Teilchen und Wechselwirkungen, einschlie\u00dflich dunkler Materieteilchen und Boten-Teilchen f\u00fcr den dunklen Sektor. Mit den Experimenten SHiP und NA62 am CERN wird nach exotischen, langlebigen Teilchen gesucht. Erg\u00e4nzt wird dies durch die direkte Suche nach dunkler Materie in unserer Galaxie<\/a> sowie die Suchen am MESA-Beschleuniger in Mainz. <\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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ATLAS ist ein Vielzweck-Teilchenphysikexperiment am Large Hadron Collider (LHC) am CERN. Es wurde entwickelt, um das Entdeckungspotenzial des LHC voll auszusch\u00f6pfen und die Grenzen der wissenschaftlichen Erkenntnis zu erweitern. Mit Hilfe von Pr\u00e4zisionsmessungen sollen fundamentale Fragen beantwortet werden, wie zum Beispiel: Was sind die fundamentalen Kr\u00e4fte der Natur? Woraus besteht die dunkle Materie? Was ist die fundamentale Physik des fr\u00fchen Universums?<\/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 parasit\u00e4re Elektronenstrahlf\u00e4nger-Experiment DarkMESA am MESA-Beschleuniger in Mainz birgt ein hohes Entdeckungspotenzial f\u00fcr Dunkle-Materie-Teilchen im leichten Massenbereich. Leichte Dunkle Materie w\u00fcrde in den relativistischen Elektron-Kern-Kollisionen im Strahlf\u00e4nger in gro\u00dfen Mengen entstehen, wenn sie \u00fcber Vektormediatoren, sogenannte Dunkle Photonen, an Elektronen koppelt. Simulationsstudien zeigen, dass DarkMESA Experimente an Protonenstrahlanlagen erg\u00e4nzt. Die Studien deuten darauf hin, dass DarkMESA sensitiv f\u00fcr die thermischen Relikte der leichten Dunklen Materie ist, deren Existenz durch die Annihilationsquerschnitte zur Reproduktion der heutigen Dunkle-Materie-Dichte vorhergesagt wird.
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Das NA62-Experiment am CERN widmet sich dem extrem seltenen Zerfall K+<\/sup> \u2192 \u03c0+<\/sup>\u03bd\u03bd\u0304, dessen Verzweigungsverh\u00e4ltnis unter 10-10<\/sup> liegt \u2013 die kleinste jemals gemessene Rate f\u00fcr einen Teilchenzerfall. Zus\u00e4tzlich misst NA62 ein breites Spektrum von K+<\/sup> und \u03c00<\/sup> Zerfallsmodi, einschlie\u00dflich der Suche nach Teilchen aus dem dunklen Sektor, um die Physik jenseits des Standardmodells zu erforschen.<\/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 SHiP-Experiment (Search for Hidden Particles) am CERN wurde entwickelt, um neue Teilchen zu entdecken, die zu einem hypothetischen \u201everborgenen Sektor\u201d geh\u00f6ren und nur schwach mit den Teilchen des Standardmodells wechselwirken. SHiP befindet sich derzeit im Aufbau und wird 2032 seinen Betrieb aufnehmen. Daf\u00fcr werden Protonen mit hoher Energie und bisher unerreichter Intensit\u00e4t auf ein Target \u2013 einen sogenannten Beamdump \u2013 geschossen. Das Experiment wird nach Zerf\u00e4llen massiver, langlebiger und schwach wechselwirkender Zust\u00e4nde \u2013 wie dunkle Photonen, schwere neutrale Leptonen, axion\u00e4hnliche Teilchen und viele andere Kandidaten \u2013 suchen, die im Beamdump erzeugt werden k\u00f6nnen.<\/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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Die Flavourphysik beschreibt die \u00dcberg\u00e4nge zwischen verschiedenen Generationen (Flavours) von Quarks und Leptonen \u00fcber die schwache Wechselwirkung. Innerhalb des Standardmodells (SM) werden die \u00dcberg\u00e4nge zwischen Quarks durch die CKM-Matrix bestimmt, w\u00e4hrend \u00dcberg\u00e4nge zwischen geladenen Leptonen quasi verboten sind und ein unmittelbares Zeichen f\u00fcr Neue Physik darstellen. Pr\u00e4zisionsstudien von Flavour-\u00e4ndernden neutralen Str\u00f6men, CP-Verletzung und Lepton-Flavour-Verletzung sind empfindliche Tests f\u00fcr neue Physik auf Energieskalen, die f\u00fcr Collider nicht zug\u00e4nglich sind. Die Flavourphysik spielt daher eine zentrale Rolle bei der Suche nach neuen Ph\u00e4nomenen durch indirekte Effekte, die die direkte Suche an Hochenergiebeschleunigern erg\u00e4nzen.<\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Der Belle II-Detektor am SuperKEKB-Beschleuniger in Tsukuba (Japan) ist ein Experiment zur Suche nach neuer Physik jenseits des Standardmodells durch die Messung seltener Zerf\u00e4lle von Elementarteilchen, wie Bottom- und Charm-Quarks oder Tau-Leptonen. Belle II wird sich damit befassen, Beweise f\u00fcr die Existenz neuer unbekannter Teilchen zu finden, die eine m\u00f6gliche Erkl\u00e4rung f\u00fcr die Vorherrschaft der Materie im Vergleich zur Antimaterie liefern und andere offene fundamentale Fragen zum Verst\u00e4ndnis des Universums beantworten k\u00f6nnen. <\/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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Mu3e ist ein geplantes Experiment der Teilchenphysik am Paul Scherrer Institut, das nach dem Zerfall eines Anti-Myons(Mu<\/em>) in ein Elektron und zwei Positronen(3e<\/em>) lautet: \u03bc+\u2192e+\u03b3\u2217\/Z\u2217\u2192e+e+e-<\/p>\n\n\n\n

Dieser Zerfall ist im Standardmodell der Teilchenphysik extrem unwahrscheinlich, da die Leptonenfamilienzahl ge\u00e4ndert wird (Umwandlung eines Leptons in eine einer anderen Familie). Dies ist nur in einem Schleifen-Prozess h\u00f6herer Ordnung und unter Neutrinooszillation innerhalb der Schleife m\u00f6glich. In mehreren Theorien f\u00fcr Physik jenseits des Standardmodells, insbesondere mit Supersymmetrie, ist dieser Zerfall deutlich h\u00e4ufiger. Die Suche nach dem Zerfall erm\u00f6glicht einen Test einiger dieser Theorien, auch dann, wenn sie nicht direkten Beobachtungen (beispielsweise am LHC) zug\u00e4nglich 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\n \n\n

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Das NA62-Experiment am CERN widmet sich dem extrem seltenen Zerfall K+<\/sup> \u2192 \u03c0+<\/sup>\u03bd\u03bd\u0304, dessen Verzweigungsverh\u00e4ltnis unter 10-10<\/sup> liegt \u2013 die kleinste jemals gemessene Rate f\u00fcr einen Teilchenzerfall. Zus\u00e4tzlich misst NA62 ein breites Spektrum von K+<\/sup> und \u03c00<\/sup> Zerfallsmodi, einschlie\u00dflich der Suche nach Teilchen aus dem dunklen Sektor, um die Physik jenseits des Standardmodells zu erforschen.<\/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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