Millionenförderung für Siegener Beteiligung am ATLAS-Experiment

Teilchenphysiker*innen der Universität Siegen forschen weiter am ATLAS-Experiment am Genfer CERN. Ab 2026 soll ein grundlegendes Upgrade des ATLAS-Detektors erfolgen – die Module dafür werden teilweise in Siegen gebaut.

46 Meter lang, 25 Meter hoch und damit etwa halb so groß wie die Kirche Notre Dame in Paris: Der ATLAS-Detektor am Genfer
CERN (Europäische Organisation für Kernforschung) ist ein gewaltiger Detektor der Teilchenphysik. Ein einzigartiges Hightech-Werkzeug, das Elementarteilchen aufspüren kann, die durch Protonen-Zusammenstöße im Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) entstehen. ATLAS ist eines von vier großen Experimenten am LHC. Physiker*innen erhoffen sich davon Erkenntnisse zu bisher ungelösten Fragen der Physik – zum Beispiel zur Natur der dunklen Materie.

Bereits seit vielen Jahren gehören auch Experimentalphysikerinnen und -Physiker des Center for Particle Physics (Zentrum für Teilchenphysik) der Universität Siegen zum internationalen Forschungsverbund am ATLAS-Experiment. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat nun erneut rund 2,1 Millionen Euro bewilligt, um zwei Siegener ATLAS-Projekte zu unterstützen.

„Ich freue mich sehr über die Förderung, die auch als Würdigung unserer bisherigen Arbeit am ATLAS-Experiment zu sehen ist“, sagt Prof. Dr. Markus Cristinziani, Leiter der Siegener Arbeitsgruppe für Experimentelle Teilchenphysik. „Wir steuern am CERN aktuell auf eine hochspannende Phase zu, in der die Leistung des LHC noch einmal deutlich gesteigert werden soll – um dem gerecht zu werden, müssen wir auch den ATLAS-Detektor noch einmal gründlich überarbeiten. Dieses Upgrade ist ein wichtiges Projekt, an dem wir in der kommenden Förderphase beteiligt sind.“

Der Large Hadron Collider am CERN soll 2029 in die sogenannte „High-Lumi“-Phase eintreten. Das bedeutet, dass die Energie, auf die die Protonen beschleunigt werden, noch einmal leicht gesteigert wird. Vor allem aber wird die Kollisionsrate – in der Fachsprache auch als „Luminosität“ bezeichnet – deutlich erhöht. So sollen im Beschleuniger künftig etwa zehn Mal mehr Protonen-Kollisionen stattfinden, als seit dem Start des LHC gesammelt wurden. Dadurch steigt auch die Wahrscheinlichkeit, seltene Teilchen wie etwa das Higgs-Boson oder sogenannte Top-Quarks aufzuspüren – vorausgesetzt, die Detektoren werden so aufgerüstet, dass sie der höheren Intensität des LHC gerecht werden.

„Das ultra-präzise Herzstück des ATLAS-Detektors ist der aus rund 10.000 kleinen Modulen zusammengesetzte Pixeldetektor“, erklärt Cristinziani. „Diese Module gibt es nicht von der Stange, sondern sie werden eigens für das ATLAS-Experiment entwickelt und produziert.“ Rund 200 der High-Tech-Module sollen in den kommenden Jahren an der Uni Siegen hergestellt und anschließend am CERN mit weiteren Modulen zum großen neuen Detektor zusammengesetzt werden. Für die Modul-Produktion entsteht am Siegener Emmy-Noether-Campus eigens ein Reinraum, der Ende 2025 fertig werden soll.

Neben dem Upgrade des Pixel-Detektors beschäftigen sich die Siegener Physiker*innen in den nächsten Jahren weiter mit der Analyse der am ATLAS-Experiment gewonnenen Daten. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Charakterisierung des Top-Quarks – einem bisher wenig erforschten Elementarteilchen, das viel Masse besitzt, aber gleichzeitig nur eine sehr kurze Lebensdauer aufweist. Cristinzianis Kollege, Prof. Dr. Ivor Fleck erklärt: „Mit dem Pixeldetektor können wir die Spuren nachweisen, die Top-Quarks nach dem Zerfall hinterlassen. Daraus können wir dann mit Hilfe physikalischer Berechnungen Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Top-Quarks ziehen.“

In den kommenden Jahren möchte sich das Siegener Team unter anderem mit der Frage beschäftigen, ob ein Top-Quark in neuartige Teilchen zerfallen kann, die bisher noch nicht beobachtet wurden: „Wenn man davon ausgeht, dass Dunkle Materie Teilchencharakter hat, dann wären diese hypothetischen Teilchen ein heißer Kandidat“, sagt Cristinziani.

Mit ihren Projekten in der Top-Quark-Physik sind die Siegener Physiker*innen international führend. Diese Expertise bringen sie auch in das geplante Exzellenzcluster „Color meets Flavor“ ein, das Anfang Februar die erste Auswahlrunde im wichtigsten deutschen Forschungswettbewerb erfolgreich passiert hat. Weitere Informationen zu dem gemeinsamen Vorhaben mit den Universitäten Bonn und Dortmund sowie dem Forschungszentrum Jülich finden Sie hier

Hintergrund:
Die Förderung der Siegener ATLAS-Projekte erfolgt im Rahmen des BMBF-Forschungsschwerpunktes „Physik bei höchsten Energien am Large Hadron Collider“. An dem Forschungsnetzwerk sind neben der Universität Siegen weitere 15 deutsche Universitäten und Institutionen beteiligt. Insgesamt arbeiten am ATLAS-Experiment mehr als 3000 Wissenschaftler*innen aus 38 Ländern zusammen.

Kontakt:
Prof. Dr. Markus Cristinziani
Tel.: 0271 740-3629
E-Mail: Markus.Cristinziani@uni-siegen.de

Prof. Cristinziani auf dem CERN-Gelände. Das Wandbild im Hintergrund stammt von Josef Kristofoletti und zeigt den ATLAS-Detektor im Querschnitt.
(Foto: M. Cavazza, CERN)
(Fotos oben: CERN)