Forschungsfelder

Das Forschungsprogramm von PRISMA+ zielt auf einige der interessantesten Aspekte moderner Teilchen-, Astropartikel- und Niederenergiephysik ab. Es besteht aus fünf Forschungsfeldern:

RA-A widmet sich den einzigartigen physikalischen Möglichkeiten, die der MESA-Beschleuniger und seine Experimente MAGIX, P2 und BDX@MESA bieten. Mit dem P2-Experiment wird man einen neuen Präzisionsstandard für die Messung des elektroschwachen Mischungswinkels bei niedriger Energie setzen und eine neue Generation von Experimenten für paritätsverletzende Verfahren anstoßen, die zur Bestimmung der Neutronenhaut in schweren Kernen erforderlich sind. Durch das MAGIX-Spektrometer mit seinem neuartigen pseudo-internen Gas-Target wird es möglich sein, den Protonenladungsradius mittels Elektronen-Protonen-Streuung genauer zu extrahieren und nach Botenteilchen für dunkle Materie zu suchen. Beim Strahlenfänger-Experiment BDX@MESA geht es um die Erzeugung von Partikeln der dunklen Materie und die Erkennung ihrer Zerfallssignaturen. Dies erfolgt in Ergänzung zur direkten Suche nach aus WIMP (weakly interacting massive particles - schwach wechselwirkende massereiche Teilchen) bestehender dunkler Materie, die den galaktischen Halo bildet.

Der Schwerpunkt von RA-B ist das Überprüfen des Standardmodells bei niedrigen Energien. Die Hauptaktivitäten beinhalten eine umfassende Untersuchung des anomalen magnetischen Moments des Myons, der Lebenszeit des Neutrons, der Ladungsradien des Protons und leichter Kerne sowie die Suche nach neuer Physik mittels atomarer Paritätsverletzung. Diese Forschung basiert in entscheidendem Maße auf hochentwickelten Untersuchungsverfahren, die von PRISMA+-Wissenschaftlern entwickelt wurden, wie Laserspektrokospie myonischer und elektronischer Atome, Neutronen-Magnetfallen usw. Ein weiterer wichtiger Schwerpunkt ist die zuverlässige Bestimmung des hadronischen Beitrags zum anomalen magnetischen Moment.

RA-C hat die grundlegenden ungelösten Fragen im Zusammenhang mit Neutrinomassen und der Existenz dunkler Materie zum Gegenstand. Das Problem der Neutrino-Massenhierarchie und der absoluten Skala von Neutrinomassen werden durch entscheidende Beiträge zu den Experimenten JUNO, PINGU und Projekt 8 angesprochen. Bei der Suche nach WIMPs sind unsere Wissenschaftler an den weltweit führenden Experimente XENONnT und DARWIN beteiligt. In Mainz wird man hoch innovative Suchverfahren nach Axionen und Axion-ähnlichen Teilchen mithilfe der Experimente GNOME und CASPEr sowie durch eine führende Beteiligung am DM Radio-Experiment an der Stanford University durchführen.

RA-D – Physik in Hochenergie-Beschleunigern - widmet sich der indirekten Suche nach neuer Physik an der Energiegrenze. Sie bringt Wissenschaftler aus der Theorie mit einer großen Bandbreite an experimentellen Physikern zusammen, um sich auf die Lösung wichtiger grundlegender Fragestellungen zu konzentrieren. Dabei liegt der Schwerpunkt in der Erforschung des zugrundeliegenden Mechanismus, der sowohl am großen Hadronen-Speicherring als auch an einem zukünftigen Elektron-Positron-Teilchenbeschleuniger die Grundlage für die elektroschwache Symmetriebrechung ausmacht. Zu den relevanten Observablen zählen die Kopplungen des Higgs-Bosons, die Masse des W-Bosons und verschiedene Diboson Produktionsraten. Dieses Programm wird durch die Suche nach seltenen Zerfällen im NA62-Experiment am CERN und bei Belle II ergänzt. Eine dritte Forschungsrichtung widmet sich Long-Baseline-Neutrinoexperimenten, deren Hauptziel in der Messung der CP-Verletzung im Leptonsektor besteht.

Bei den Aktivitäten von RA-E – Theorie und Phänomenologie grundlegender Wechselwirkungen - geht es im Kern um innovative Verfahren in der Quantenfeldtheorie, wie störungstheoretische High-Order-Berechnungen, Anwendungen effektiver Feldtheorien und neue Verfahren in der Gittereichtheorie. Weitere wichtige Forschungsfelder umfassen Physik jenseits des Standardmodells, Astroteilchenphysik, mathematische Physik und die Stringtheorie. Theoretiker von PRISMA+ arbeiten nicht nur an vorderster Front ihrer jeweiligen Fachgebiete, sondern erbringen wichtige theoretische Beiträge zu den Hauptforschungszielen der anderen RA.

Auch wenn diese Bereiche weitgehend nach ihren Methoden und inhaltlichen Schwerpunkten gegliedert sind, stehen sie doch in engem Zusammenhang mit den wissenschaftlichen Gesamtzielen des Clusters.