Kosmische Spurensuche

Schon immer haben Menschen versucht, die Entwicklung des ganzen Universums, die Eigenschaften der Materie und die Natur der fundamentalen Kräfte zu begreifen. Heute ahnen wir, dass Quantenfluktuationen im frühen Universum die Keimzelle für Galaxiencluster im heute noch expandierenden Universum gewesen sein könnten. Das junge Forschungsgebiet der Astroteilchenphysik verbindet Quarks mit dem Kosmos, um diese Zusammenhänge aufzuklären.
Astroteilchenphysik verknüpft das Wissen von den größten Strukturen im Universum mit dem über die kleinsten Bausteine der Materie und den Kräften zwischen ihnen. Sie ist ein faszinierender Bereich der Naturwissenschaft an den Schnittstellen von Astronomie, Astrophysik, Kosmologie und Elementarteilchenphysik. Die Aktivitäten in diesem jungen Feld sind in den letzten zwei Jahrzehnten dramatisch gestiegen; für viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dürfte der Nachweis von Neutrinos aus der Explosion der Supernova SN 1987A in der Großen Magellanschen Wolke ein Schlüsselerlebnis gewesen sein. Heute ist Astroteilchenphysik selbständig geworden und hat in vielen Ländern weltweit ein eigenes Profil entwickelt.

Die Entstehung des jungen interdisziplinären Forschungsgebietes

Die Frage nach der Entstehung des Universums, den Eigenschaften der Materie und der Natur der fundamentalen Kräfte hat in den vergangenen 20 Jahren zu engen Kooperationen zwischen Kosmologen und Teilchenphysikern und zur Entstehung des interdisziplinären Forschungsgebietes der Astroteilchenphysik geführt. Denn astrophysikalische Phänomene ermöglichen Einsichten in fundamentale Physik und gleichzeitig ist die fundamentale Physik unverzichtbar für das Verständnis astrophysikalischer Phänomene sowie der Struktur und Entwicklung des Universums.

Komitee für Astroteilchenphysik in Deutschland (KAT)

Experimentelle Forschung in der Astroteilchenphysik wird vor allem im Rahmen internationaler Kollaborationen und mit Hilfe gemeinsam betriebener Forschungseinrichtungen durchgeführt. Dies erfordert die Abstimmung von Interessen und Forschungsschwerpunkten, langfristige Planung und überregionale Koordinierung. Daher wurde mit dem Ziel optimaler Koordination und effizienter Planung der Forschungsaktivitäten vor drei Jahren das Komitee für Astroteilchenphysik in Deutschland (KAT) gegründet, das sich aus gewählten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern sowie Vertretern von Politik und Wissenschaftsorganisationen zusammensetzt. Unter der Leitung von Prof. Dr. Johannes Blümer vertritt das KAT die gemeinsamen Belange der Wissenschaftler und ist Ansprechpartner für politische und wissenschaftliche Organisationen, Forschungseinrichtungen und die Öffentlichkeit.

Kontaktdaten:

Zentrale wissenschaftliche Fragen...

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Bereich der Astroteilchenphysik arbeiten an Beiträgen zur Lösung der fundamentalen Fragen nach dem Ursprung und der Entwicklung des Universums, der Natur von Materie, Energie, Raum und Zeit und den zugrunde liegenden Gesetzmäßigkeiten in Synergie von Astrophysik, Astroteilchenphysik und Hochenergiephysik:

• Wie hat sich die großräumige Struktur des Universums herausgebildet, sind die ersten Galaxien und ersten Sterne entstanden?
• Was ist das Wesen der Dunklen Materie und der Dunklen Energie?
• Wie entstehen und wie verläuft die Entwicklung massereicher Schwarzer Löcher?
• Gibt es neue Materiezustände extremer Dichte und Temperatur?
• Welches sind die Funktionsprinzipien kosmischer Teilchenbeschleuniger und die Quellen höchstenergetischer kosmischer Strahlung?
• Wie groß ist die Neutrinomasse und wie beeinflusst sie die kosmische Entwicklung?
• Welcher Natur ist die Masse der Neutrinos?
• Gibt es neue fundamentale Prinzipien in der Natur, unentdeckte Symmetrien und physikalische Gesetzmäßigkeiten?

... und technologische Entwicklungen

Im Zuge der theoretischen und experimentellen Arbeiten, werden Detektoren, Schlüsselkomponenten für Experimentieranlagen, innovativen Basistechnologien und Auswertetechniken einschließlich der entsprechenden Informations- und Kommunikationstechniken entwickelt. Hier ein Überblick über wesentliche Entwicklungen:

• Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat unlängst den Sonderforschungsbereich SFB 676 „Teilchen, Strings und frühes Universum“ an der Universität Hamburg, den SFB/Transregio 33 „Das Dunkle Universum“ (Heidelberg, Bonn und München), den SFB/Transregio 7 „Gravitationswellenastronomie“ (Universitäten Jena, Hannover und Tübingen sowie Max-Planck-Institute für Astrophysik und Gravitationsphysik) sowie das Graduiertenkolleg „Theoretische Astrophysik und Teilchenphysik“ eingerichtet.
• Am Max Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg wurde eine neue Arbeitsgruppe Neutrinophysik unter Leitung von Prof. Dr. Manfred Lindner eingerichtet.
• Der deutsch-britische Gravitationswellendetektor GEO600 in Ruthe bei Hannover befindet sich zusammen mit den beiden amerikanischen LIGO-Detektoren in einer auf 18 Monate angelegten Dauermessung. Damit ist der erste Schritt zur Gravitationswellenastronomie getan.
• Das H.E.S.S.-Observatorium in Namibia liefert seit 2004 Daten von hervorragender Qualität, die zu zahlreichen hochinteressanten Publikationen geführt haben.
• Das Auger-Observatorium in Argentinien wurde im November 2005 in internationalem Rahmen eingeweiht. Die starke deutsche Beteiligung am Projekt schlug sich auch in einem überwältigenden Presseecho von über 40 Artikeln in Zeitungen und Wissenschaftsjournalen nieder.
• Der Aufbau des Neutrinoteleskop IceCube am Südpol wurde im letzten antarktischen Sommer mit der erfolgreichen Installation von neun Detektorstrings begonnen.
• Das ApPEC-Komitee (Astroparticle Physics European Coordination) hat eine europäische Roadmap erarbeitet, die Empfehlungen zu den Forschungsrichtungen der nächsten Dekade gibt. Die vorgestellte Broschüre Astroteilchenphysik in Deutschland ist in diesem Sinne eine nationale Bestandsaufnahme und Leistungsschau, die in Zukunft durch eine deutsche Roadmap ergänzt werden wird.