Die Zusammenhänge zwischen Teilchen und ihrer Masse, die Zusammensetzung des Universums aus Materie und Antimaterie sowie die Suche nach bisher unbekannten Teilchen wie der sogenannten „dunklen Materie“ beschäftigen die Forschenden am Genfer Forschungszentrum CERN, das in diesem Jahr mit weltweiten Veranstaltungen seinen 70. Geburtstag feiert. In vier Großexperimenten gehen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Large Hadron Collider (LHC) den Geheimnissen des Alls auf den Grund. Dieser Teilchenbeschleuniger bietet den Forschenden die einzigartige Möglichkeit, die energetischen Bedingungen kurz nach dem Urknall nachzustellen und so fundamentale Fragen der Elementarteilchenphysik und der Kosmologie zu untersuchen: Zwei hochenergetische Protonenstrahlen von je 3,5 Tera-Elektronenvolt kollidieren seit März 2010 am LHC, wodurch sich eine Schwerpunktsenergie von 7 Tera-Elektronenvolt ergibt. Diese konnte im Jahr 2022 nach einer längeren Umbauphase auf 13,6 Tera-Elektronenvolt gesteigert werden. Die Wechselwirkungen, die in diesen Kollisionen stattfinden, werden mithilfe zweier Vielzweck-Detektoren vermessen. Der größere von ihnen trägt den Namen ATLAS, wiegt 7.000 Tonnen und weist eine beeindruckende Länge von 46 Metern und einen Durchmesser von 25 Metern auf. Mit ihm wurde 2012 das Higgs-Boson entdeckt, dessen Eigenschaften seitdem in mehreren Arbeitsgruppen genauer erforscht werden. Die internationale ATLAS-Kollaboration zählt insgesamt rund 6.000 Mitglieder aus 41 Ländern.

Mainzer Beteiligung am ATLAS-Experiment

In Deutschland sind 17 Universitäten und Forschungseinrichtungen am ATLAS-Experiment beteiligt, unter ihnen die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), vertreten durch die Gruppe „Experimentelle Teilchen- und Astroteilchen Physik“ (ETAP) am Institut für Physik (Arbeitsgruppen Prof. Dr. Volker Büscher, Prof. Dr. Lucia Masetti und Prof. Dr. Stefan Tapprogge), die ein wichtiger Teil des Exzellenzclusters PRISMA⁺ ist. Die JGU trägt unter anderem Verantwortung für Bau und Betrieb von Hochgeschwindigkeitselektronik für den sogenannten Trigger des ATLAS-Detektors, mit dessen Hilfe 40 Millionen Mal pro Sekunde vollautomatisch entschieden wird, welche Daten des Detektors zur späteren Analyse gespeichert werden. Finanziert wird die Forschung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über einen Forschungsschwerpunkt (FSP) innerhalb des Rahmenprogramms „Erforschung von Universum und Materie“ (ErUM).

Jahrestreffen findet nach 14 Jahren wieder an der JGU statt

Die deutschen Forschungsgruppen, die am ATLAS-Experiment beteiligt sind, arbeiten eng zusammen mit Blick auf Betrieb, Datenauswertung und Ausbau des Detektors und liefern zentrale Beiträge zu Entwicklung, Konstruktion und Weiterentwicklung aller Detektorsysteme von ATLAS. Hierzu zählen beispielsweise der Pixeldetektor, die Flüssigargonkalorimeter und die Myondetektoren sowie verschiedene Trigger-Systeme, mit deren Hilfe sich bestimmte Teilchenkollisionen am LHC gezielt auswählen lassen. Einmal im Jahr treffen sich die Mitglieder des ATLAS-FSP, um gemeinsam bisherige Ergebnisse des ATLAS-Experiments zu diskutieren, die aufgezeichneten Daten zu analysieren und zukünftige Arbeiten zu koordinieren. In diesem Jahr findet das Treffen erstmals seit 2010 wieder auf dem Campus der JGU statt und widmet sich hauptsächlich der Datenanalyse der dritten Laufzeit des LHC („Run 3“) sowie dem für 2030 geplanten Upgrade des ATLAS-Detektors: Der LHC wird zum sogenannten „High-Luminosity LHC“ (HL-LHC) ausgebaut werden, was eine Erhöhung der Strahlintensität nahezu auf das Zehnfache ermöglicht, aber auch neue Herausforderungen für den ATLAS-Detektor mit sich bringt. „Die Johannes Gutenberg-Universität Mainz ist dankbar, diesen Workshop ausrichten zu können, um den wissenschaftlichen Austausch zwischen den deutschen ATLAS-Gruppen zu fördern“, betont Universitätspräsident Prof. Dr. Georg Krausch. „Als Präsident freue ich mich, dass die JGU auch in Zukunft einen starken Beitrag zum High-Lumi LHC leisten wird und damit die internationale Sichtbarkeit befördert.“ „Mit den neuen Daten des Run 3 und insbesondere dem HL-LHC haben wir die einzigartige Möglichkeit, das neu entdeckte und immer noch sehr mysteriöse Higgs-Teilchen präzise zu studieren und damit ganz neue Entdeckungen zur Physik unseres Universums zu machen“, erklärt Prof. Dr. Volker Büscher. Das Jahrestreffen des ATLAS-FSP endet am morgigen Freitag, 13. September.