Fundamentale Kräfte und Teilchen

Um zu verstehen, wie sich das Universum vom Urknall bis heute entwickelt hat und in Zukunft entwickeln wird, versuchen Physiker die fundamentalen Bausteine der Natur und ihre Grundkräfte untereinander aufzuspüren. Der aktuelle Erkenntnisstand ist im Standardmodell der Teilchenphysik zusammengefasst. Dennoch sind die Physiker überzeugt, dass es nur eine Näherung an eine fundamentalere Theorie ist. Denn das Standardmodell kann einige Phänomene nicht erklären.

Die Grenzen der Naturgesetze aufspüren ...

Ein Defizit besteht darin, dass es Gravitation nicht beschreibt. Die gravitative Wechselwirkung konsistent mit der quantenmechanischen Beschreibung im Standardmodell in Einklang zu bringen, ist bis heute eine große Herausforderung der theoretischen Physik. Unverstanden ist auch, warum das Higgs-Boson eine Masse wesentlich kleiner als die der natürlichen Massenskala besitzt. Die Dunkle Materie lässt sich ebenfalls nicht erklären genauso wenig, warum es im Universum einen Überschuss an Materie gegenüber Antimaterie gibt, so dass letztlich Leben entstehen konnte.

Die Physiker suchen unermüdlich nach Antworten. Einerseits lassen sie Protonen bei möglichst hohen Energien kollidieren und untersuchen die aus der Kollision entstandenen Teilchen wie Higgs-Bosonen, Top-Quarks oder im besten Fall neuartige Teilchen. Andererseits führen sie Messungen von Teilcheneigenschaften bei niedrigerer Energie mit sehr hoher Präzision durch, um nach Abweichungen von der Vorhersage des Standardmodells zu suchen und somit Hinweise auf eine allgemeingültige Theorie zu erhalten. Außerdem wollen die Forscher den Mechanismus verstehen, wie Quarks über die starke Wechselwirkung gebundene Zustände wie das Proton oder ein Quark-Gluon-Plasma wie im frühen Universum bilden.

... mit vereinten Kräften

In der Research Unit A (RU-A) arbeiten Theoretiker auf den Gebieten von Stringtheorie über elektroschwache Wechselwirkung bis hin zur Quantenchromodynamik eng zusammen mit Forschern an Experimenten wie ATLAS und ALICE am CERN, dem Belle II-Experiment in Japan oder der Messungen von elektrischen Dipolmomenten.