Die ORIGINS PhD Awards für herausragende Doktorarbeiten im Bereich der Astro-, Kern- und Teilchenphysik sowie Biophysik werden einmal im Jahr verliehen. Dieses Jahr konnten Dr. Theo Glauch mit seiner Dissertation „The Origin of High-Energy Cosmic Particles: IceCube Neutrinos and the Blazar Case. Probing multi-messenger data by combining techniques from astrophysics, machine learning, and statistics.” und Dr. Dimitar Mihaylov mit seiner Dissertation „Analysis techniques for femtoscopy and correlation studies in small collision systems and their applications to the investigation of p-Λ and Λ-Λ interactions with ALICE” das Auswahlkomitee überzeugen.
Dem Ursprung kosmischer Strahlung auf der Spur
Theo Glauch entwickelte eine Anwendung, basierend auf künstlichen neuronalen Netzwerken, die Daten von Hochenergie-Neutrinos des IceCube Detektors am Südpol rekonstruiert und klassifiziert. Sein verbessertes Auswahlverfahren führte bereits zu neuen Entdeckungen: Einige der Neutrinomessungen ließen sich mit aktiven galaktischen Kernen assoziieren, unter anderem dem Blazar 3HSP J095507.9+355101.
Der Ursprung und Beschleunigungsmechanismus von kosmischen Neutrinos ist bislang unbekannt. Sobald aber ein hochenergetisches kosmisches Neutrino mit einem Wassermolekül im antarktischen Eis wechselwirkt (ein extrem seltener Prozess), entsteht ein relativistisches Myon, das sich als schwaches blaues Licht (Tscherenkov-Strahlung) nachweisen lässt. Die Rekonstruktion der Energie und Richtung des originalen Teilchens mithilfe künstlicher neuronaler Netzwerke ist eine "wegweisende Innovation, welche die Effizienz und das Entdeckungspotential des IceCube-Experiments erhöht hat", betonte das Auswahlkomitee in seiner Entscheidung.
Das seltsame Herz von Neutronensternen verstehen
Dimitar Mihaylov beschäftigte sich in seiner Dissertation mit einer neuen Methode zur Analyse von Daten des ALICE Experiments am CERN und dem dazugehörigen theoretischen Modell. Dieses beschreibt die Wechselwirkungen und Korrelationen zwischen Hyperonen und Nukleonen. Hyperonen sind subatomare Teilchen, die mindestens ein Strange-Quark enthalten, während Nukleonen Protonen und Neutronen sind, die aus Up- und Down-Quarks bestehen.
Das von Mihaylov entwickelte „Correlation Analysis Tool to solve the Schrödinger equation (CATS)“ basiert auf der Technik der Femtoskopie und ermöglicht es, die relative Wellenfunktion und Vorhersage der Korrelationsfunktion von wechselwirkenden Teilchen zu berechnen. Das erlaubt es, die im Large Hadron Collider (LHC) am CERN produzierten Hyperonen und Nukleonen zu studieren.
Hyperonen, wie sie im LHC produziert werden, können aber auch in der Natur vorkommen, wenn die Teilchendichte eine gewisse Grenze überschreitet. Das ist zum Beispiel im Innern von Neutronensternen der Fall. Die Eigenschaften von Neutronensternen sind durch die Zustandsgleichung der dichten Materie ihres Kerns gegeben. Ein besseres theoretisches Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Hyperonen und Nukleonen erlaubt also eine genauere Beschreibung der Vorgänge in Neutronensternen. Das Auswahlkomitee hebt speziell die „bedeutende Rolle von Dimitar Mihaylov, die Femtoskopie als aktives Forschungsfeld in Hadron-Physik zu etablieren“ in seiner Bewertung hervor.
