28. Oktober 2024
Bei der diesjährigen Wahl des Komitees für Elementarteilchenphysik (KET), der Vertretung der Teilchenphysikerinnen und Teilchenphysiker in Deutschland, wurde Margarete Mühlleitner als Vertreterin für den Bezirk "Theorie Süd" gewählt. Ihre Amtszeit wird von 2024 bis 2027 dauern. Herzlichen Glückwunsch!

September 2024
Der Workshop „Kryoelektronische Bauelemente“ bringt seit mehr als 40 Jahren WissenschaftlerInnen und IngenieurInnen aus Deutschland zusammen, um die neuesten Entwicklungen in den Bereichen supraleitende Elektronik und Bauelemente, kryogene Detektoren, Kryotechnik und damit verbundene Anwendungen zu diskutieren. Der diesjährige Workshop wurde vom Institut für Mikro- und Nanoelektronische Systeme (IMS) in Bad Herrenalb ausgerichtet. 56 Teilnehmende haben zunächst vier einführende Vorträge von namhaften Vertretern des Felds erhalten und im Anschluss an drei Tagen intensiv 16 Vorträge und 16 Posterbeiträge der Teilnehmenden diskutiert. Gesellige Stunden am Abend haben den Workshop abgerundet. Alle Teilnehmenden waren sich einig, dass der Workshop ein großer Erfolg war und freuen sich darauf, im nächsten Jahr wieder zusammenzuzukommen.

Sechs Promovierende des KIT bedanken sich sehr herzlich beim KIT-Zentrum KCETA für finanziellen Support, durch den sie als Nachwuchsforschende an dem Workshop teilnehmen konnten.

August 2024
Wer sind die Personen hinter der modernen Forschung? Was treibt sie an? Und warum sollten wir ihnen zuhören?

Der KIT-Masterstudiengang Wissenschaft – Medien – Kommunikation stellte in einem Multimedia-Dossier Persönlichkeiten aus dem Karlsruher Wissenschafts-Kosmos vor.

Maria Röhreich porträtierte Kathrin Valerius, Professorin am Institut für Astroteilchenphysik (IAP)

August 2024
Zwei DAAD-RISE-Praktikantinnen und ein -Praktikant verbrachten den Sommer 2024 am Institut für Astroteilchenphysik. Alle drei forschen im Bereich Radiodetektion und wurden von KSETA-Promovierenden betreut.

Chloe Jacob (Queen’s University Belfast) wurde betreut von Simon Strähnz. Das Projekt von Chloe zielt darauf ab, die statistischen Eigenschaften des Messrauschens des Radiodetektors des Pierre-Auger-Observatoriums zu charakterisieren.

Liam Becker (University of Washington, Seattle), betreut von Lukas Gülzow, untersucht die Radioemission von Luftschauern aus kosmischer Strahlung in kleineren Abschnitten des gesamten Frequenzbandes, das vom GRAND-Observatorium genutzt wird (50-200 MHz).

Heer Mann (University College London), betreut von Jelena Köhler, unterstützt die Entwicklung des Event-Level-Triggers für das GRAND-Experiment.

Juli 2024
Ziel des DARWIN-Projekts ist der Bau eines großen astrophysikalischen Observatoriums mit einem Multi-Tonnen-Target aus flüssigem Xenon für den direkten Nachweis dunkler Materie in einer Zweiphasen-Zeitprojektionskammer (TPC). Die enorme Größe von DARWIN bringt jedoch viele Herausforderungen mit sich, die umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erfordern, insbesondere in Bezug auf die Datenerfassung (DAQ) und die Triggerung.

Für die Zwecke der Trigger- und DAQ-Forschung hat die Gruppe von Prof. Dr. Belina von Krosigk ein CAEN DT2745-Modul erworben, das am KIT eingesetzt wird. Dieser Digitizer mit 64 Kanälen, 16 Bit und 125 MS/s bietet eine hohe Auflösung und schnelle Digitalisierung und enthält außerdem ein Open Field-Programmable Gate Array (Open FPGA), das mit der von CAEN entwickelten Software Sci-Compiler programmiert werden kann.

Mit der Unterstützung von KCETA wurde ermöglicht, die notwendigen Lizenzen und Schulungsgeräte zu erwerben, um das Open FPGA auf dem CAEN DT2745 Modul zu programmieren. Außerdem werden Studenten und jungen Forschern mit unterschiedlicher Erfahrung in der FPGA-Programmierung viele Gelegenheiten haben, an der Trigger- und DAQ-Forschung für bHiVE und DARWIN zu arbeiten.

Juli 2024
Ein neuer, von KCETA finanzierter GPU-Server wurde von den Systemadministratoren des Instituts für Theoretische Physik (ITP) erfolgreich installiert. Er wird den Mitgliedern des ITP, des TTP und des IAP helfen, modernste Berechnungen, die teilweise auf maschinellem Lernen beruhen, hochgradig parallelisiert durchzuführen.

Die Berechnungen decken ein breites Spektrum von Anwendungen ab, wie z. B. Präzisionsberechnungen für den LHC oder Simulationen in Modellen für dunkle Materie.

Juli 2024
Die International School of Cosmic Ray Astrophysics (ISCRA) veranstaltet alle zwei Jahre Kurse für Doktoranden und junge Forscher, die die Wechselbeziehungen zwischen den Teildisziplinen der Astrophysik, Teilchenphysik und Kosmologie betonen und sich auf die neuesten Ergebnisse aus verschiedenen Fachgebieten konzentrieren. Bei der diesjährigen Schule, die vom 20. bis 28. Juli 2024 in Erice auf Sizilien stattfand, erhielt Mark Weyrauch vom Institut für Astroteilchenphysik (IAP) den Posterpreis. Herzlichen Glückwunsch!

Auf der IDM-Konferenz in L'Aquila (Italien) hat die XENON-Kollaboration am 10. Juli 2024 bekanntgegeben, erstmals Neutrinos aus der Sonne mittels Kernrückstoß-Signalen gemessen zu haben. Die nachgewiesenen Neutrinos werden im Sonneninneren bei Kernzerfällen des Isotops Bor-8 erzeugt. Wenn sie mit den Atomkernen des XENONnT Detektors zusammenstoßen, entstehen niederenergetische Kernrückstöße.

Seit langem wurde vorhergesagt, dass Dunkle-Materie-Detektoren wie das XENONnT-Experiment auch Sonnenneutrinos beobachten können. Diese Neutrinos, das sind die leichtesten bekannten Elementarteilchen überhaupt, entstehen in Kernprozessen im Sonneninneren und strömen ungehindert bis zur Erde. Der Nachweismechanismus für diese extrem schwach wechselwirkenden Neutrinos aus dem Zerfall von Bor-8 und der für Dunkle Materie ist dabei der gleiche: die Teilchen reagieren gleichzeitig (kohärent) mit dem gesamten Xenon-Atomkern. Dieser erfährt dabei einen Kernrückstoß, welcher ein niederenergetisches Signal erzeugt. Da solche Reaktionen zudem sehr selten sind, werden zur Messung extrem empfindliche Detektoren benötigt. Diese müssen einen großen Datensatz, eine geringe Energieschwelle sowie einen sehr niedrigen Untergrund an Störsignalen aufweisen.

XENONnT ist eines der weltgrößten und empfindlichsten Experimente zur direkten Suche nach Ddunkler Materie. Es befindet sich tief unter der Erde im INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) in Italien. Das LNGS ist ein großes Untergrundlabor für Teilchen- und Astrophysik und bietet eine einzigartige Umgebung, in der die kosmische Strahlung durch das abschirmende Gestein erheblich reduziert wird. Der Betrieb immer empfindlicherer Experimente im Rahmen des XENON-Programms am LNGS war entscheidend für den Erfolg der nun vorgestellten Messung.

Der zentrale Detektor von XENONnT nutzt 5,9 Tonnen hochreines, flüssiges Xenon als Detektionsmedium. Teilchenwechselwirkungen im Xenon erzeugen Lichtsignale, die mit hochempfindlichen Sensoren nachgewiesen werden. Um solch extrem seltenen Ereignisse wie den jetzt vorgestellten Neutrinonachweis messen zu können, besteht das XENONnT-Experiment aus mehreren modernsten Teilsystemen.Dazu gehören etwa kryogene Anlagen, um das flüssige Xenon auf der erforderlichen Temperatur von -100°C zu halten, sowie innovative Kontroll- und Datenerfassungssysteme. Weitere Systeme verringern die verbleibenden Störsignale auf ein bislang unerreichtes Niveau: zwei kryogene Destillationsanlagen entfernen kleinste Spuren von im Xenon vorkommenden radioaktiven Elementen, und ein mit 700 Tonnen Wasser gefüllter Tank umgibt den Detektor, um über den Cherenkov-Effekt den von Neutronen- und Myonen-induzierten Untergrund weiter zu reduzieren.

Hochenergetische Neutrinos von der Sonne wechselwirken mit den Xenon-Atomkernen in XENONnT durch kohärente elastische Neutrino-Kern-Streuung (CEνNS). Dieser erstmals 1974 vorhergesagte Prozess blieb aufgrund der sehr niedrigen Kernrückstoßenergie und der geringen Wechselwirkungsrate der Neutrinos lange unbeobachtet. Erst 2017 gelang es dem COHERENT-Experiment, CEνNS mit Neutrinos aus einer künstlichen Neutrinoquelle zu beobachten. Nun ist XENONnT das erste Experiment, das CEvNS von Neutrinos aus der Sonne nachgewiesen hat. Damit reiht sich XENONnT ein in die Liste berühmter Sonnenneutrino-Experimente wie etwa SNO, Borexino, oder SuperKamiokande, die aber typischerweise 10- bis 500-mal größer sind.

Für das am 10. Juli 2024 präsentierte Ergebnis wurden Daten von XENONnT verwendet, die über einen Zeitraum von zwei Jahren, vom 7. Juli 2021 bis zum 8. August 2023, gesammelt wurden. Dabei wurde ein Überschuss an niederenergetischen Kern-Rückstoßereignissen gegenüber dem erwarteten Untergrund gemessen, der mit dem vorhergesagten Signal von solaren Bor-8-Neutrinos vereinbar ist. Die statistische Signifikanz beträgt 2,7 Sigma. Dies bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei dem Ergebnis um eine zufällige Untergrund-Fluktuation handelt, nur 0,35% beträgt. Das Ergebnis wurde in einer blinden Analyse erzielt: Um mögliche menschliche Einflussnahme zu vermeiden, blieb der eigentliche Signalbereich den Forschenden verborgen, bis die Analyse fertiggestellt war.

Diese erste Messung der kohärenten elastischen Neutrino-Kern-Streuung mittels einer astrophysikalischen Neutrinoquelle bestätigt gleichzeitig das hervorragende Verständnis von Signalen kleinster Energie im XENONnT Detektor. Darüber hinaus eröffnet das Ergebnis ein neues Kapitel für die direkte Suche nach Dunkler Materie: XENONnT hat jetzt begonnen, den sogenannten “Neutrino-Nebel” zu erforschen, in dem die extrem seltenen Neutrino-Wechselwirkungen erheblich zum Untergrund der Ddunkle Materie-Suche beitragen. Da XENONnT weiterhin Daten sammelt, freut sich die Kollaboration auf weitere Entdeckungen.

Aus dem deutschsprachigen Raum sind das Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, die Universitäten Freiburg, Mainz und Münster, das Karlsruher Institut für Technologie und die Universität Zürich an XENONnT beteiligt. Alle Gruppen haben wichtige Beiträge zu verschiedenen Detektorsystemen geleistet und waren aktiv an der Datenanalyse beteiligt.

Weitere Informationen über das XENONnT Experiment finden Sie auf der offiziellen XENON-Website oder direkt bei der Kollaboration.

Kontaktinformationen:
XENON-Kollaboration
Website: https://xenonexperiment.org/ 
E-Mail: xe-pr∂lngs.in

25. Juni 2024
Die ZAG Zyklotron AG mit Sitz am Campus Nord des KIT betreibt ein Protonenzyklotron, mit dem Detektorelemente für das CMS-Experiment bestrahlt werden. Diese Bestrahlungstests sind immens wichtig um die Auswirkung der Strahlenschäden in Experimenten der Teilchenphysik zu verstehen und entsprechend robuste Detektoren zu bauen. In Anerkennung der langjährigen exzellenten Zusammenarbeit mit dem Institut für Experimentelle Teilchenphysik zur Durchführung unzähliger Bestrahlungstests erhielt die ZAG Zyklotron AG am 25. Juni 2024 am CERN den goldene CMS-Industriepreis. Die Übergabe erfolgte durch Patricia McBride, die Leiterin der CMS-Kollaboration, Frank Hartmann, den Leiter des CMS-Ausbauprogramms, und Elisabetta Gallo, der Vorsitzenden des CMS Collaboration Boards, an Jürgen Daul, der die ZAG Zyklotron AG vertreten hat.

25. Juni 2024
In Anerkennung ihrer hervorragenden Leistungen haben Lea Stockmeier und Adelina Lintuluoto, Promovierende am ETP, den Preis der CMS-Kollaboration 2023 verliehen bekommen. Der Preis würdigt besonders ihre Führungsrolle bei Integrationstests von einzelnen Siliziumdetektoren zu einem Gesamtsystem (Stockmeier) und bei Erkunden (“Scouting”) der Daten direkt bei der Datennahme (Lintuluoto). Patricia McBride, die Leiterin der CMS-Kollaboration, hat beiden den Preis im Rahmen einer Feierstunde am 24. Juni 2024 im Hauptauditorium des CERN überreicht. Mit dem CMS-Preis werden jedes Jahr 50 der mehr als 4000 Mitglieder ausgezeichnet, die sich in besonderer Weise für das Experiment eingesetzt haben.

Mai 2024
Zahlreiche Schülerinnen und Schüler des Thomas-Mann-Gymnasiums Stutensee und des Dominikus-Gymnasiums Karlsruhe erhielten im Rahmen des Projekts Science&Art@School Karlsruhe die einmalige Gelegenheit, drei Tage am CERN, dem europäischen Labor für Teilchenphysik in der Nähe von Genf, zu verbringen und dort unter anderem das CMS-Experiment, das CERN Control Center (CCC) und die Antimatter Factory (AD) zu besichtigen und damit einen faszinierenden Einblick in die Welt der Grundlagenforschung zu erhalten.

Eine der begleitenden Pädagoginnen fasste den Besuch zusammen: „Der Besuch am CERN war für die Schülerinnen ein faszinierendes Erlebnis. Ich war beeindruckt, wie detailreich und fachlich differenziert sie ihren Mitschülerinnen in der Unterrichtsstunde nach der Rückkehr von ihren Einblicken in die Welt der Teilchenbeschleuniger berichteten. Solche Exkursionen bieten den Jugendlichen ganz andere Zugänge, als es im Schulunterricht möglich ist.“

Diese Exkursion wurde vom KIT organisiert und von KCETA großzügig unterstützt.

Einen ausführlichen Bericht finden Sie hier.

17. Juni 2024
Mit einer Feierstunde eröffnete Prof. Oliver Kraft, Vizepräsident Forschung und kommissarischer Präsident des KIT, am 17. Juni 2024 den Reinraum des Instituts für Experimentelle Teilchenphysik (ETP) und des Instituts für Astroteilchenphysik (IAP). Der Reinraum war zwischen 2019 und 2021 mit Mitteln des Strategiefonds des KIT-Präsidenten auf mehr als 100 m² erweitert worden. Danach wurde er für die Serienfertigung von Siliziumdetektoren für das CMS-Experiment am CERN eingerichtet, die im Sommer 2024 beginnt. Dr. Stefan Maier, der die Einrichtung des Reinraums koordiniert hatte: “Reinräume sind eine zentrale Infrastruktur für unsere Forschung. Die Erweiterung unseres Reinraums ermöglicht es uns, alle Schritte der Serienfertigung unter einem Dach durchzuführen.”

10. Mai 2024
Das 14. Einstein Telecope (ET) Symposium fand vom 6.-10. Mai 2024 in Maastricht statt. Es bot die Gelegenheit, sich mit Kollegen zu treffen, die sich intensiv mit dem Einstein-Teleskop-Projekt beschäftigen, und mit denen, die ein tiefes Interesse an ET teilen. Das KIT war mit 11 Wissenschaftlern auf dem Symposium vertreten.

Bei der vielbeachteten Postersession gewann Lennard Busch, KSETA-Fellow am ITTK, einen der vier gleichberechtigten Posterpreise.

Link zum Symposium

2. Mai 2024
Die 3D-Ultraschall-Computertomographie (3D-USCT) ist ein einzigartiges, innovatives bildgebendes Verfahren zur strahlenfreien Brustkrebsfrüherkennung, das alle Nachteile der klassischen Mammographie vermeidet und gleichzeitig eine hohe Auflösung und Empfindlichkeit verspricht. Während seines Promotionsstudiums arbeitete Martin Angerer als KSETA-Stipendiat an der Entwicklung, Herstellung, Charakterisierung und Optimierung von Ultraschallwandler-Arrays für die 3D-Ultraschall-Computertomographie (3D-USCT). Der Schlüssel zum Erfolg war die einzigartige Infrastruktur am KIT, die das Helmholtz-Programm „Materie und Technik“ bietet. Die technisch anspruchsvollste Komponente des 3D-USCT-Systems sind die Piezo-Schallwandler, die Ultraschallwellen aussenden und detektieren. Martin Angerer hat einen kompletten Satz von Ultraschallwandlern gebaut und in Simulationen gezeigt, dass die physikalischen Grenzen mit seiner Lösung nahezu erreicht wurden. Mit seinen Geräten hat er zu einem erfolgreichen Technologietransferprojekt beigetragen. Es gelang ihm, Grundlagenforschung mit seinen entscheidenden Beiträgen zum Projekt und knappen Fristen zu verbinden. Darüber hinaus erforschte er alternative Technologien, um die Grenzen von Verbundwerkstoffen mit piezoelektrischen Fasern zu überwinden. Für seine exzellente Forschung wurde er nun mit dem Helmholtz-Promotionspreis 2024 ausgezeichnet.

Der Helmholtz-Promotionspreis für missionsorientierte Forschung wird jährlich in einem kompetitiven Verfahren an eine Dissertation vergeben, die einen herausragenden Beitrag zur Lösung der drängendsten Probleme unserer Gesellschaft leistet. Doktorandinnen und Doktoranden sollen ermutigt werden, missionsorientierte Forschung zu betreiben und sich damit an der Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Anwendung zu positionieren, unternehmerische Kompetenzen auf- und auszubauen und den Transfer von Wissenschaft in die Gesellschaft frühzeitig mitzugestalten.

https://www.helmholtz.de/newsroom/artikel/helmholtz-verleiht-promotionspreis-2024/

Martin Angerer, "Transducer Arrays for 3D Ultrasound Computed Tomography", PhD thesis, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), 2022, doi: 10.5445/IR/1000152507

April 2024

• Warum bauen wir Teilchenbeschleuniger und was können wir mit ihnen beobachten?
• Wieso brauchen wir Erkenntnisse aus der Teilchenphysik, um die Entstehung des Universums und die Abläufe darin zu verstehen?
• Und welche Anwendungsmöglichkeiten haben die darauf basierenden Technologien im alltäglichen Leben?

Diesen und weiteren spannenden Physikthemen können Schüler im Science Camp Teilchen- und Astrophysik am KIT nachgehen. Es findet vom 19. bis 23. August 2024 statt und richtet sich an Jugendliche ab der abgeschlossenen 9. Klasse (angehende 10. Klasse und höhere Klassen)

Das Science Camp Teilchen- und Astroteilchenphysik wird in Kooperation mit dem Institut für experimentelle Teilchenphysik, dem Netzwerk Teilchenwelt, dem KIT-Zentrum KCETA und der Schülerakademie Karlsruhe e.V. angeboten.

Infos und Anmeldung

11. April 2024
Der Experte für Kälte- und Kryotechnik und KCETA-PI Professor Steffen Grohmann erhält einen Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC). Damit fördert der ERC Grohmanns Projekt GRAVITHELIUM zur Entwicklung einer Schlüsseltechnologie für das Einstein-Teleskop (ET) – den europäischen Gravitationswellendetektor der nächsten Generation. GRAVITHELIUM zielt darauf ab, mit suprafluidem Helium die Empfindlichkeit kryogener Laser-Interferometer bis an fundamentale Grenzen auszuschöpfen. Diese Technologieentwicklung soll eine zentrale Herausforderung lösen, um Gravitationswellen des gesamten Universums mit dem Einstein-Teleskop zu observieren.

Mehr Infos in der Pressinformation des KIT

Vom 16. - 27. September 2024 findet die ISAPP-Schule "Neutrinos und Dunkle Materie - im Labor und im Universum" auf der malerischen Burg Liebenzell im Nordschwarzwald statt.

Die Schule richtet sich an Nachwuchswissenschaftler, typischerweise in der Promotionsphase, aber auch Studenten in der Endphase des Masterstudiengangs in Astro(teilchen)physik sowie Postdoktoranden sind willkommen.

Interessierte können sich noch bis zum 28. April anmelden, die Teilnehmerzahl ist auf 50 Personen begrenzt.

Die Schule wird von KCETA unterstützt.

Website der Schule für mehr Infos
ISAPP – International School on AstroParticle Physics

15. März 2024
In einer deutsch-niederländischen Kooperation zwischen der Vrije Universiteit Amsterdam (VUA) und dem KIT wurde eine hochempfindliche Intrakavitäten-Absorptionstechnik im nahen Infrarot zur Messung der Übergangsfrequenzen zwischen den ro-Schwingungsenergieniveaus des radioaktiven Tritiumhydrids (HT) eingesetzt.

Eine vollständig tritiumkompatible Kavität wurde in der KIT-Hauptwerkstatt hergestellt und ein Tritium-Dosiersystem auf der Basis eines temperaturgesteuerten Getters wurde im Tritiumlabor Karlsruhe (TLK) gebaut und charakterisiert. Schließlich wurde die Anlage in die Laserspektroskopie-Infrastruktur am LaserLAB Amsterdam integriert. Dort wurden die Doktoranden Frank Cozijn und Meissa Diouf von der VUA von dem KSETA-Stipendiaten Valentin Hermann vom TLK beim Aufbau des Systems und bei der Durchführung der Messungen unterstützt. Trotz der experimentellen Herausforderungen, die die Verwendung von Tritium mit sich bringt, konnten zum ersten Mal erfolgreich hochwertige Spektren aufgenommen werden.

Die relative Gesamtunsicherheit der beobachteten Linien wurde mit etwa 1e-10 bestimmt. Dies entspricht einer Genauigkeit, die um drei Größenordnungen besser ist als frühere Messungen an tritiierten Wasserstoffmolekülen und die auch die Präzision der entsprechenden theoretischen Vorhersagen übertrifft. Damit eröffnet sich für tritiierte Moleküle ein hervorragender Weg zum Benchmarking der Quantenelektrodynamik in gebundenen Zustandssystemen.

Die entsprechende Arbeit "Precision measurement of vibrational quanta in tritium hydride" von F. M. J. Cozijn, M. L. Diouf, W. Ubachs, V. Hermann und M. Schlösser wurde veröffentlicht in Phys. Rev. Lett. 132, 113002(https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.113002).

Die Gruppen von Wim Ubachs (Vrije Universiteit Amsterdam, Department of Physics and Astronomy) und Magnus Schlösser (KIT, IAP, Tritium Laboratory Karlsruhe) arbeiten seit 2017 erfolgreich auf dem Gebiet der Tritium-Präzisionsspektroskopie zusammen und können insgesamt sechs Publikationen vorweisen.

Dank der außergewöhnlichen Zusammenarbeit zwischen der Weltraummission Aeolus und der Pierre-Auger-Kollaboration ist es erstmalig gelungen, einen vom Weltall ausgesandten Laserstrahl auf der Erde zu vermessen. Der Lasertransmitter war Teil des ersten weltraumgestützten Doppler-Wind-Lidars ALADIN (Atmospheric LAser Doppler INstrument), welches im August 2018 an Bord des ESA-Satelliten Aeolus gestartet wurde.

Das Pierre-Auger-Observatorium in Argentinien ist das weltweit führende Experiment zur Messung hochenergetischer kosmischer Strahlung in der Erdatmosphäre. Eine zu diesem Zweck verwendete Messmethode ist die Fluoreszenzdetektion im ultravioletten Wellenlängenbereich. Da der ALADIN-Laser im selben Spektralbereich bei 355 Nanometern emittierte, konnte das Observatorium den Laserstrahl beim Überflug von Aeolus über dem Messgebiet detektieren. Damit gelang es auf spektakuläre Weise, die Leistungsfähigkeit des Lidar-Instruments unabhängig zu quantifizieren und die Ursache für eine im ALADIN-Empfänger festgestellte stetige Signalabnahme im Zeitraum von 2019 bis 2021 auf den Emissionspfad einzugrenzen.

Die einzigartigen Ergebnisse wurden nun in der renommierten Fachzeitschrift Optica veröffentlicht. Einen wesentlichen Beitrag auf Seiten der Pierre-Auger-Kollaboration leisteten Mitarbeiter des KIT-Instituts für Astroteilchenphysik (IAP), die die Bodenmessungen ausgewertet hatten.

Die mit der Arbeit geleistete Verbindung von Spitzentechnologie im Weltraum und am Boden markiert einen wichtigen Meilenstein sowohl für die aktive Satellitenfernerkundung als auch für die Physik der kosmischen Strahlung.

Januar 2024
Die Bilfinger Noell GmbH (BNG) hat einen Weltrekord im Magnetfeld eines supraleitenden Undulators für Freie-Elektronen-Laser aufgestellt. BNG hat ein Testmuster eines supraleitenden Undulator-Nachbrenner-Prototyps (S-PRESSO) entwickelt und gebaut. Der Prototyp wurde in Zusammenarbeit mit dem Kunden EuXFEL und dem IBPT getestet, wobei die Messungen eine Magnetfeldstärke ergaben, die in solchen Geräten noch nie erreicht wurde.

Januar 2024
Unser ehemaliger Postdoktorand Teppei Kitahara wurde zum Associate Professor in der Gruppe für Elementarteilchentheorie am Fachbereich Physik der Chiba-Universität in Japan ernannt. Teppei arbeitete von 2015 bis 2018 in der Gruppe „Theoretische Teilchenphysik“ des IAP mit Forschungen zur Flavourphysik jenseits des Standardmodells. Für seine Forschung am KIT hatte er den 'Young Scientist Award 2018' der japanischen physikalischen Gesellschaft in der Kategorie 'Theoretische Teilchenphysik' erhalten.

Dezember 2023
Die Halbzeitaktualisierung der europäischen Strategie für Astroteilchenphysik 2017-2026 wurde seitens des Europäischen Konsortiums für Astroteilchenphysik (APPEC) erfolgreich abgeschlossen und von der Generalversammlung genehmigt. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist an vielen der laufenden und geplanten Experimente beteiligt, etwa bei der Suche nach Dunkler Materie mit dem XENON-Experiment unter dem italienischen Gran-Sasso-Massiv oder bei der Suche nach Neutrinos höchster Energien mit dem IceCube-Observatorium am Südpol.

Dezember 2023
Benedikt Maier, Junior Group Leader am ETP, hat erfolgreich KCETA-Sachmittel eingeworben, um eine neue Computing-Infrastruktur aufzubauen, die der nächsten Generation von Grundlagen-Experimenten wie dem geplanten DARWIN-Observatorium dienen soll. Mit signifikanten Beiträgen des KIT (IAP, ETP) wird DARWIN nach Dunkle Materie-Teilchen sowie anderen seltenen Phänomenen der Astroteilchenphysik suchen. Ähnlich wie sich die Detektortechnologie weiterentwickelt, werden durch neue Experimente auch stetig höhere Ansprüche an die Computing-Infrastruktur gestellt, um die bestmöglichen Resultate schnell und effizient zu erhalten.

Das neue Computing-Cluster bietet den DARWIN-Nutzern Web- und Shell-basierten Zugang zu einem Portal, hinter dem sich buchstäblich die (Computing-)Welt eröffnet: Durch Benutzung einer am KIT entwickelten Software, COBalD/TARDIS, können Ressourcen auf den ganzen Welt im Cluster eingebunden und allokiert werden. “Wir designen den neuen Cluster mit modernsten Lösungen für das wissenschaftliche Rechnen, die Authentifizierung und die Datenanalyse”, sagt Postdoc Sebastian Brommer, der die technische Leitung des Projekts innehat und den Computing-Cluster zusammen mit Experten des KIT Scientific Computing Center (SCC) aufgesetzt hat. “Eine der maßgebenden Neuerungen auf dem Cluster ist die Verifizierung der Benutzer, die ausschließlich über Tokens gewährleistet wird. Das sorgt für mehr Transparenz und Sicherheit verglichen mit vorherigen Wegen der Authentifizierung.” Dazu hat das Team mit Experten im Identitäts- und Zugriffsmanagement von CNAF in Bologna, Italien, kollaboriert.

Mit dem Beginn einer Testphase im Januar 2024 werden den DRAWIN-Forschern Ressourcen von GridKa, einem großen Computing-Cluster am SCC, für wichtige Design- und Sensitivitätsstudien zur Verfügung stehen. Im Verlauf des weiteren Jahres ist geplant, weitere Cluster über COBalD/TARDIS zu integrieren, wie etwa ein Cluster in Nikhef, Niederlande.

Dr. Maier is zufrieden mit dem bisherigen Verlauf des Projekts: “Wir starten mit der Bereitstellung von modernsten Computing-Lösungen für das DARWIN-Observatorium, aber unser eigentliches Ziel ist es, das Projekt in etwas weiterzuentwickeln, das allen Teilchen- und Astroteilchen-Experimenten, die in KCETA verankert sind, zugute kommt. Bis hierhin war das aber bereits ein prima Start in etwas Neues hier an der Fakultät für Physik.”

November 2023
Insgesamt 265 Helmholtz Young Investigator Groups hat die Helmholtz-Gemeinschaft seit dem Start des Nachwuchsprogramms vor 20 Jahren gefördert. Zum Jubiläum wurden einige TeilnehmerInnen des Programms gebeten einen Einblick zu geben, wie sie diese Zeit erlebt haben – darunter auch Kathrin Valerius, die im Jahr 2013 ihre Helmholtz-Nachwuchsgruppe am KIT bekam. Sie ist KCETA und dem KIT treu geblieben und forscht dort heute als Professorin für Astroteilchenphysik. ForscherInnen in der Postdoc-Phase rät sie, sich frühzeitig Gedanken über die eigenen Karrierewünsche zu machen.

Lesen Sie hier das Interview mit Kathrin Valerius

November 2023
Wir gratulieren sehr herzlich Dr. Markus Roth, Leiter der Auger-Gruppe am Institut für Astroteilchenphysik (IAP), der im November beim Kollaborationstreffen im argentinischen Malargüe zum stellvertretenden Sprecher des Pierre-Auger-Observatoriums gewählt wurde. Er folgt in dieser Position auf Prof. Antonella Castellina (INAF Torino), die gleichzeitig zur Sprecherin gewählt wurde.

Oktober 2023
Ein Team von Wissenschaftlern des KIT und der Universität Heidelberg hat einen neuen Detektortyp entwickelt, eine Variante des magnetischen Mikrokalorimeters (MMC), der Röntgenstrahlung mit bisher unerreichter Präzision messen kann, wie sie für die hochauflösende Röntgenemissionsspektroskopie benötigt wird. Die Forscher testeten die Leistung des MMC mit einer 55Fe-Quelle, die Röntgenstrahlen mit einer bekannten Energie von etwa 6 keV aussendet. Sie wendeten eine ausgeklügelte Datenanalysemethode an, um das Signal aus dem Rauschen zu extrahieren und die Energie der einzelnen Röntgenstrahlen zu rekonstruieren. Sie fanden heraus, dass das MMC eine Auflösung von 1,25 eV erreicht, d. h. es kann Röntgenstrahlen unterscheiden, die sich in ihrer Energie um weniger als 0,02 % unterscheiden. Dies ist die beste Auflösung, die jemals für energiedispersive Detektoren für Röntgenstrahlen mit Energien im keV-Bereich berichtet wurde. Die Forscher haben auch die Faktoren ermittelt, die die Auflösung begrenzen, wie z. B. Temperaturschwankungen im Detektor. Sie schätzten, dass die theoretische Grenze des MMC bei etwa 0,5 eV liegt, die durch eine Verbesserung der Konstruktion und des Betriebs des Detektors erreicht werden könnte.

Die MMC-Technologie hat viele potenzielle Anwendungsmöglichkeiten, z. B. die Untersuchung der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Materialien, den Nachweis von Spurenelementen in biologischen Proben und die Suche nach Teilchen aus dunkler Materie. Das Team plant, die MMC-basierte Detektortechnologie für ein vorgeschlagenes Experiment namens DELight zu nutzen, das nach Wechselwirkungen zwischen dunkler Materie und supraflüssigem Helium suchen wird.

Die Ergebnisse sind als Preprints auf arxiv verfügbar:

• Optimum filter-based analysis for the characterization of a high-resolution magnetic microcalorimeter towards the DELight experiment
  https://arxiv.org/abs/2310.08512
• Magnetic microcalorimeter with paramagnetic temperature sensors and integrated dc-SQUID readout for high-resolution X-ray emission spectroscopy
  https://arxiv.org/abs/2310.08698

3. November 2023
Die erste Version des KASCADE-Datenzentrums für kosmische Strahlung (KCDC ) wurde am 3. November 2013 veröffentlicht. Ziel des KCDC war und ist der Aufbau eines öffentlichen Datenzentrums für die Hochenergie-Astroteilchenphysik, das hauptsächlich auf den Daten des KASCADE-Experiments für kosmische Strahlung basiert. Es begann mit einer vergleichsweise kleinen Datenmenge von 150 Millionen Events, die zwischen 1996 und 2003 vom ersten KASCADE-Array aufgenommen wurden. Die Datenmenge wurde dann schrittweise erweitert und die vollständigen KASCADE-Grande-Datensätze sowie Daten von anderen Air-Shower-Experimenten wurden einbezogen. In den letzten 10 Jahren wurden regelmäßig neue Versionen veröffentlicht sowie die Benutzerfreundlichkeit und die Zugriffsgeschwindigkeit der Plattform verbessert. Und die Arbeit geht weiter, indem Daten, Simulationen sowie Lernmöglichkeiten und Verbesserungen an der Benutzeroberfläche hinzugefügt werden, was durch das stetige Wachstum der Benutzergemeinschaft anerkannt wurde. Ein wichtiger nächster Schritt wird die Integration von KCDC in die wissenschaftliche Datenplattform von PUNCH4NFDI sein.

Alles Gute zum Geburtstag, KCDC!

19. September 2023
Dr. Benedikt Maier (ETP) wurde mit dem CMS Young Researcher Prize ausgezeichnet. Der Preis wurde ihm zuerkannt für seine fundamentalen Beiträge zu den Themen Dunkle Materie, Verwendung sogenannter vereinfachter Modelle zur Beschreibung von Physik jenseits des Standardmodells, Entwicklung des maschinellen Lernens in Analysen der Physik sowie in der Datenverarbeitung und im Datenmanagement.

Der CMS Young Reseacher Prize soll herausragende Leistungen von jungen Mitgliedern der CMS-Kollaboration würdigen. Er wird jährlich an mindestens drei Mitglieder verliehen, die über viele Jahre einen herausragenden Beitrag zu CMS in einem beliebigen Bereich des Experiments geleistet haben.

KCETA gratuliert Dr. Benedikt Maier herzlich zu dieser besonderen Auszeichnung.

September 2023
Dr. Aswathi Balagopal V., Postdoc am WIPAC in Madison, Wisconsin, USA, besuchte im September 2023 eine Woche lang das Institut für Astroteilchenphysik (IAP) um eng mit der KSETA-Doktorandin Tista Mukherjee zusammenzuarbeiten. Im Rahmen ihrer derzeitigen Forschung arbeitet Balagopal an Multi-Messenger-Studien zur Korrelation von IceCube-Neutrinos und Gravitationswellenereignissen, die im Rahmen der LIGO-Virgo Kollaborationen entdeckt wurden. Diese Arbeit weist Überschneidungen mit Mukherjee's Promotionsthema am KIT auf und der Besuch von Balagopal unterstützt die fruchtbare Zusammenarbeit. Der Besuch wurde über KCETA Sachmittel finanziert, da er die Multi-Messenger Astroteilchenphysik am KIT stärkt. Balagopal ist Alumna von KSETA und war in ihrer Zeit am KIT auch für ein Jahr gewählte Sprecherin der KSETA Promovierenden. Im Rahmen ihres Aufenthalts hielt sie ein KCETA/KSETA-weites Seminar über ihre aktuelle Forschungsarbeit zur Multi-Messenger-Analyse unter Verwendung von IceCube-Daten, das ebenfalls großes Interesse fand. 

September 2023
Seit 2018 stellt der DPG Arbeitskreis Chancengleichheit jede Woche eine
inspirierende Physikerin und ihr Forschungsgebiet vor, um damit die Sichtbarkeit von Physikerinnen in Deutschland und / oder deutschen Physikerinnen im Ausland zu erhöhen.

Für die Kalenderwoche 37 wurde Jelena Köhler als Physikerin der Woche ausgewählt. Sie ist Doktorandin am Institut für Astroteilchenphysik (IAP) des KIT.

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September 2023
Am 14. und 15. September fanden auf dem KIT-Campus Nord die Helmholtz-Programmtage Matter and the Universe 2023 statt. Neben dem Update des Programms gab es Highlight-Vorträge, Vorträge von Nachwuchswissenschaftlern, eine Postersession, Führungen zu einigen Einrichtungen des KIT und ein Abendessen.

Die Gewinnerinnen des Poster Awards waren Fiona Ellwanger (KIT) mit ihrem Poster "Investigations of a Novel Energy Estimator Using Deep Learning for the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory" und Lilly Pyras (DESY) mit dem Poster "Ultra-high energy muons in radio neutrino detectors".

Ein wesentlicher Schritt bei der Entwicklung supraleitender Quantensensoren sowie der zugehörigen Auslesesleketronik ist die Charakterisierung aller Komponenten unter definierten Bedingungen. Um die am Institut für Mikro- und Nanoelektronische Systeme (IMS) entwickelte supraleitende Elektronik zukünftig mit künstlicher, jedoch sehr nahe am Experiment liegenden Eingangssignalen testen zu können, wurde von KCETA ein zweikanaliger, schneller Signalemulator für Detektorsignale gefördert. Mit Hilfe dieses Emulators können Signale aus einem beliebigen, zuvor definierten Spektrum erzeugt und der entwickelten Elektronik dann als Eingangssignal eingekoppelt werden. Auf diese Weise entfällt die aufwändige Charakterisierung bei tiefsten Temperaturen und die Zykluszeit für einen Entwicklungsschritt wird deutlich gesenkt. Wir danken KCETA daher sehr für die Förderung dieses Geräts.

August 2023
Anlässlich des 30-jährigen Bestehens der „Rencontres du Vietnam“ war eine Delegation bestehend aus 40 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am 12. August 2023 zu einem Treffen mit dem Präsidenten von Vietnam, Võ Văn Thưởng, in Hanoi eingeladen. Der Präsident von Vietnam Võ Văn Thưởng, der Präsident der Rencontres du Vietnam Trần Thanh Vân, der Nobelpreisträger Gerard ’t Hooft, die Physikerin Dr. Monica Pepe-Altarelli hielten Reden zur Bedeutung der Grundlagenforschung für die Gesellschaft im Allgemeinen und für Vietnam im Besonderen. Über die Veranstaltung wurde in den Abendnachrichten der öffentlichrechtlichen Fernsehsender von Vietnam berichtet.

Prof. Dr. Milada Margarete Mühlleitner war Teil dieser Delegation. Prof. Mühlleitner hat seit vielen Jahren wissenschaftlichen Kontakt zu Vietnam, seitdem Thi Nhung Dao und Nhin Le Duc wissenschaftliche Mitarbeiterin und Mitarbeiter am Institut für Theoretische Physik des KIT waren. Beide sind nun permanente Professorin und Professor an der Universität Phenikaa in Hanoi. Insbesondere mit Thin Nhung Dao verbindet Prof. Mühlleitner eine langjährige und erfolgreiche Forschungsarbeit. Prof. Mühlleitner war bereits mehrere Male für Forschungsaufenthalte in Vietnam und hielt zweimal Vorlesungen bei der „Vietnam School of Physics: Particle And Matter“ (2018 und 2022). Anlässlich der Konferenz „Windows on the Universe“ zum 30. Jubiläum der Rencontres du Vietnam im August 2023 in Quy Nhon (Vietnam) wurde Prof. Mühlleitner als Plenarsprecherin eingeladen, um über Higgsphysik zu sprechen.

Juli 2023
Jedes Jahr findet in der Provinz Khyber Pakhtunkhwa des nördlichen Pakistan im schönen Bergort Nathiagali eine Graduiertenschule für Physikerinnen und Physiker aus ganz Pakistan in den Fächern Quantentechnologien, Plasmaphysik, Halbleiterphysik und Teilchenphysik statt. An der diesjährigen 48th International Nathiagali Summer College on Physics and Contemporary Needs haben insgesamt 200 Studenten, Professoren und junge Wissenschaftler, darunter 25% Frauen, teilgenommen. Über Zoom-Verbindungen waren weitere 1000 Zuhörerinnen und Zuhörer zugeschaltet.

Die Schule wurde vom Nobelpreisträger Abdus Salam, Vater des Standardmodells der Teilchenphysik, vor 48 Jahren gegründet. Seit seinem Tod wird ihm jedes Jahr im Verlauf dieser Schule ein besonderer Vortrag, die Salam Memorial Lecture, gewidmet. Wissenschaftler aus aller Welt halten auf dieser Schule über einen Zeitraum von zwei Wochen Vorlesungen. Zusätzlich wird eine weitere Persönlichkeit eingeladen, um die Salam Memorial Lecture zu halten. Die ehemaligen Generaldirektoren des CERN Prof. Schopper und Prof. Heuer zählen beispielsweise zu diesem Kreis.

Thema der diesjährigen Salam Memorial Lecture von Prof. Müller (ETP) waren die großen Entdeckungen der Teilchenphysik, die das Standardmodell experimentell bewiesen. Hervorgehoben wurden die Entdeckungen von W- und Z-Bosonen vor genau 40 Jahren am SppS Collider des CERN, dem Top-Quark am Tevatron Collider des Fermilab vor 28 Jahren und dem Higgs-Boson am LHC vor 10 Jahren. Bei allen diesen Entdeckungen war Prof. Müller als Mitglied der Kollaborationen zugegen und somit Zeitzeuge.

Der Ausblick seines Vortrags galt der Phase 2 des LHC, an dessen Vorbereitung das ETP in enger Zusammenarbeit mit Instituten, darunter auch dem NCP aus Pakistan maßgeblich beteiligt ist.

Die Schule hat einen sehr schönen Eindruck vermittelt über die herrliche Landschaft, die fröhliche Atmosphäre und die hohe Motivation aller Beteiligten.

Juli 2023
Dr. Joachim Wolf (ETP) wurde für die Wahlperiode 2023-2026 in den Vorstand der Deutschen Vakuum Gesellschaft (DVG) gewählt. Er wurde zudem einstimmig als einer von zwei Vizepräsidenten gewählt. Weitere Mitglieder des KIT im Vorstand der DVG sind der wiedergewählte Präsident Prof. Sven Ulrich (Institut für Angewandte Materialien, IAM) und Dr. Christian Day (Institut für Technische Physik, ITeP).

Joachim Wolf ist im Rahmen des KATRIN Experiments auf der Suche nach der Neutrinomasse. Bei KATRIN ist er von Beginn an Leiter des Vakuum-Tasks und war unter anderem mitverantwortlich für den Bau der großen UHV-Kammern der Vor- und Hauptspektrometer von KATRIN.

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Ein Team von KCETA-Forschenden hat eine neuartige Methode zur Erstellung von Graphen auf Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) für Anwendungen des maschinellen Lernens in Experimenten der Teilchenphysik in Echtzeit entwickelt.

Das Projekt ist ein interdisziplinäres Forschungsprojekt am KIT, das die Elektrotechnik (Institut für Technik der Informationsverarbei­tung, ITIV) und die experimentelle Teilchenphysik (Institut für Experimentelle Teilchenphysik, ETP) zusammenführt.

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Juni 2023
Das IBPT und das IPE haben mit Unterstützung von KCETA gemeinsam den diesjährigen „Workshop on Longitudinal Electron Bunch Diagnostics“ Mitte Juni am KIT ausgerichtet organisiert von Dr. G. Niehues und Dr. M. Caselle (https://indico.scc.kit.edu/e/cwld12 ). Die Workshop-Reihe konzentriert sich darauf gemeinsame Entwicklungen zur longitudinalen Diagnostik für ultra-kurze Elektronenpakete für bestehende und zukünftige Beschleuniger voranzutreiben. Es haben 39 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus ganz Deutschland sowie einigen europäischen Ländern teilgenommen (u.a. Schweiz, Italien, Schweden, Frankreich und UK).

Neben 11 Fachvorträgen wurden zwei Vorträgen mit Themen nicht aus dem Gebiet der Beschleunigerdiagnostik („Blick über den Tellerrand“, Energy Lab 2.0, Prof. De Carne und KATRIN, Dr. M. Schlösser), fanden intensive Diskussionen sowie Gespräche zu Kooperationsprojekten im Rahmen von vier Arbeitsgruppen zu verschiedenen Themenschwerpunkten sowie einer Postersession (mit mehr als 30 Postern) kombiniert mit Begrüßungsempfang statt. Vorangegangene kurze Vorstellungen der Poster ermöglichten bereits ein kurzer Überblick über die Themen.

Zahlreiche Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler haben an dem Workshop teilgenommen, wobei insbesondere der Austausch während der Arbeitsgruppen, der Postersession und des Konferenzdinner direkte Einblicke in die verschiedenen Beschleunigeranlagen und deren longitudinale Diagnostikmethoden ermöglichte. Abschließend stellte Prof. A.-S. Müller das KIT sowie KCETA vor und viele Teilnehmer nutzen die Möglichkeit auf Touren Einblicke in die Anlagen des IBPT (KARA und FLUTE), des IPE sowie zu KATRIN zu erhalten.

Die Herkunft eines energiereichen Regens relativistischer Teilchen, der beständig auch auf unsere Erdatmosphäre einprasselt, ist eines der größten Rätsel der modernen Astroteilchenphysik. Ein internationales Team von Forscherinnen und Forschern ist diesem Rätsel auf der Spur. Mit dem IceCube Detektor am Südpol der Erde konnten sie jetzt erstmals Neutrinos aus unserer Milchstraße nachweisen.

Der Anblick unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, im Sommer von einem dunklen Standort aus, gehört für viele Menschen zu den beeindruckendsten Naturerlebnissen überhaupt. Schon mit dem bloßen Auge vermittelt das sich über den Himmel erstreckende, schwach leuchtende und von Dunkelwolken durchsetzte Sternenband einen Eindruck der vielen Milliarden Sterne, die unsere kosmische Heimat bevölkern. Auch wenn die Menschheit erst in der Neuzeit die Struktur unserer Galaxie enträtseln konnte, so ist doch der Anblick der Milchstraße im sichtbaren Licht seit dem Altertum ein Teil unseres Naturerbes. Mit dem IceCube Neutrino-Observatorium konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun zum ersten Mal ein Bild der Milchstraße mit Hilfe von Neutrinos erstellen – sehr durchdringenden Elementarteilchen, die Zeugnis von extrem energiereichen Vorgängen ablegen. Ihre Ergebnisse präsentierten sie am 29.06.2023 im Fachmagazin Science.

Bild links: Multi-Messenger-Ansicht der Milchstraße, zentriert auf das galaktische Zentrum und in galaktischen Koordinaten betrachtet. Beide Felder zeigen die gesamte galaktische Ebene in einem Bereich von ±15° der galaktischen Breite. Die obere Tafel zeigt eine Ansicht im optischen Bereich, wobei die Sterne teilweise durch Gas- und Staubwolken verdeckt sind. Das untere Feld zeigt die Signifikanz der Suche nach punktförmigen Neutrino-Quellen in der galaktischen Ebene.

Lesen Sie mehr in unserer Pressemitteilung.

www.iap.kit.edu/icecube/index.php
https://icecube.wisc.edu/

#OurGalaxyInNeutrinos #IceCube

Die Dunkle Materie stellt eines der großen Rätsel der Physik dar. Das KIT will mit internationalen Partnern die Natur der geheimnisvollen Dunklen Materie erforschen und so zu ihrem Nachweis beitragen. Dafür hat die französische Forschungsorganisation CNRS gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), dem Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) und dem Helmholtz-Zentrum für Schwerionenforschung (GSI) ihre Kräfte gebündelt und das Dark Matter Laboratory (DMLab) gegründet.

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Anlässlich des 70. Geburtstags von Prof. Thomas Mueller veranstaltete das ETP ein Symposium. Die Veranstaltung konzentrierte sich auf bedeutende Entdeckungen, die an Hadronen-Collidern gemacht wurden und umfasste namhafte Redner aus dem Bereich der Teilchenphysik.

Felicitas Pauss (ETH Zürich) eröffnete das Symposium und sprach über ihre Pionierarbeit bei der Entdeckung der W- und Z-Bosonen am Large Hadron Collider des CERN. Diese Entdeckungen lieferten entscheidende Beweise für die elektroschwache Theorie, eine Grundlage der modernen Physik. Claudio Campagnari (UC Santa Barbara) hob seine Rolle bei der Entdeckung des Top-Quarks hervor, des schwersten Elementarteilchens, das am Tevatron-Collider des Fermilab beobachtet wurde. Dieser Durchbruch hat unser Verständnis des Standardmodells erweitert und die Erforschung der Natur der Materie vorangetrieben. Beate Heinemann (DESY) gab Einblicke in die Entdeckung des Higgs-Bosons am LHC im Jahr 2012. Diese Entdeckung bestätigte die Existenz des Higgs-Feldes, beleuchtete den Mechanismus hinter der Teilchenmasse und veränderte unser Verständnis der fundamentalen Bestandteile des Universums. Johanna Stachel (Heidelberg) fesselte die Zuhörer mit ihrem Vortrag über das Quark-Gluon-Plasma (QGP). Durch die Untersuchung dieses exotischen Materiezustands in hochenergetischen Schwerionenkollisionen lieferte Stachels Forschung Erkenntnisse über das frühe Universum und die starke Kernkraft. Frank Hartmann (KIT) betonte die Bedeutung neuartiger Teilchendetektoren, die bahnbrechende Entdeckungen ermöglichen. Seine Expertise unterstrich die kontinuierliche Entwicklung modernster Detektionstechnologien, die die Grenzen der Teilchenphysikforschung verschieben. Zum Abschluss des Symposiums gab Michael Spannowski (Durham) einen Ausblick auf die Zukunft des Fachgebiets. Er erörterte die laufenden Bemühungen, wie die Aufrüstung des LHC und die Erforschung neuer Collider, die weitere Geheimnisse zu lüften und spannende wissenschaftliche Grenzen zu setzen versprechen.

Prof. Thomas Mueller bedankte sich für das Symposium und betonte die Bedeutung von Zusammenarbeit und wissenschaftlicher Erforschung für die Erweiterung unseres Verständnisses des Universums. Die Veranstaltung endete mit einer lebhaften Diskussion und einer herzlichen Würdigung der bemerkenswerten Beiträge von Prof. Mueller.

„Unser Universum“ ist der Titel des Wissenschaftsjahres 2023 des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Einblicke in verschiedene Facetten dieses Themas gewährte die Jahresfeier 2023 des KIT.

„Als die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft hat das KIT einzigartige große Forschungsinfrastrukturen. Darunter auch solche, die sich den spannenden Fragen der Astrophysik, der Hochenergiephysik und verwandten Disziplinen widmen“, sagte der Präsident des KIT, Professor Holger Hanselka, bei der Jahresfeier. „So betreiben wir mit dem Großexperiment KATRIN die empfindlichste Waage der Welt, um die Masse der Neutrinos zu bestimmen. Beim Pierre-Auger-Observatorium in Argentinien, dem weltweit größten Experiment zum Messen kosmischer Strahlung, liegt das Projektmanagement federführend beim KIT.“

Angesichts wachsender geopolitischer Unsicherheiten werde das verbindende Element der Wissenschaft immer bedeutsamer. „Die Faszination für den jeweiligen Forschungsgegenstand und die gemeinsame wissenschaftliche Arbeit bauen Brücken zwischen den Nationen – nicht nur in der Astrophysik, der Kosmologie oder der Forschung an Elementarteilchen, sondern in allen Forschungsfeldern und Disziplinen“, so Hanselka. „So sind beispielsweise an der KATRIN-Kollaboration 150 Forschende aus 20 Institutionen in sieben Ländern beteiligt und an der Pierre-Auger-Kollaboration mehr als 400 Forschende aus 17 Ländern.“

Talkrunde:
"Blick ins Universum – mit Hochtechnologien Antworten auf Menschheitsfragen finden"
Zu den großen Fragen der physikalischen Grundlagenforschung, die auch im Mittelpunkt des Wissenschaftsjahres 2023 – Unser Universum – stehen, diskutierten mit Moderatorin Nicole Krüger drei Forschende des KIT: Prof. Markus Klute, Leiter des Instituts für Experimentelle Teilchenphysik, Prof. Milada M. Mühlleitner, Direktorin des Instituts für Theoretische Physik und Prof. Anke-Susanne Müller, Leiterin des Instituts für Beschleunigerphysik und Technologie sowie Sprecherin des KIT-Zentrums für Elementarteilchen und Astroteilchenphysik.

Die Mitgliederversammlung des DPG-Fachverbands Teilchenphysik hat auf seiner Sitzung am 23.03.2023 in Dresden Prof. Ralph Engel als Stellvertretenden Leiter bestätigt. Wir gratulieren KCETA-Wissenschaftler Ralph Engel zur Wiederwahl für die Periode vom Juni 2023 bis Mai 2025.

Im Rahmen der 83. Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft fand der erste "Datathon" des Arbeitskreises Physik, moderne Informationstechnologie und Künstliche Intelligenz (AKPIK) statt. Zusammen mit acht weiteren Teams stellten sich auch die Promovierenden Greta Heine, Cedric Verstege, Moritz Bauer, Florian Wemmer und Jonas Eppelt der Herausforderung.

Ein modifizierter Fashion-MNIST Trainingsdatensatz und vier Stunden Zeit waren gegeben. Die Aufgabe bestand darin, die besten 10.000 Datenpunkte aus dem Trainingsdatensatz auszuwählen, um ein vorgegebenes neuronales Netz zu trainieren und die höchste Genauigkeit auf einem Testdatensatz zu erreichen.

Das Team des ETP mit dem vielversprechenden Namen "Embarrassingly Trivial Predictions" verfolgte mehrere Ansätze, diese Aufgabe zu lösen und versuchte sich an Autoencodern, CNNs und händischer Sortierung. Am Ende setzte sich eine einfache Lasso-Regression als effektivste Methode gegen die anderen 46 eingereichten Lösungen durch.

Nach dem herben Einschnitt durch die Covid-Pandemie war es nun erstmals wieder für eine KCETA-Nachwuchsforscherin möglich, zum Südpol zu reisen und das IceCube Neutrino Observatorium vor Ort weiterzuentwickeln.

Dr. Roxanne Turcotte-Tardif vom Institut für Astroteilchenphysik führte ihre Mission in diesem arktischen Sommer unter schwierigen Bedingungen durch: die Population am Pol ist immer noch deutlich kleiner ist als in den Zeiten vor der Pandemie und auch das Wetter war nicht optimal. Sie installierte jedoch schließlich erfolgreich einen Prototyp der von ihr weiterentwickelten Radioantennen zum Nachweis hochenergetischer kosmischer Strahlung auf dem Eis und nahm ihn in den Regelbetrieb. Die Daten werden jetzt am IAP analysiert und dienen zur Vorbereitung von "IceCube-Gen2", der nächsten Generation des IceCube-Experiments, die ab 2026 in Angriff genommen werden soll.

Dr. Roxanne Turcotte-Tardif promovierte am 28. Oktober 2022 erfolgreich am KIT mit dem Thema "Radio Measurements of Cosmic Rays at the South Pole" und war 2021 auch Doktorandenvertreterin in der Graduiertenschule KSETA. Sie wird das KIT nun verlassen und zukünftig in Kanada in Undergrund-Laboren nach dunkler Materie suchen.

Für das KIT geht das Südpolabenteuer jedoch weiter mit zwei dem KIT verbundenen „Winterovers“: Dr. Hrvoje Dujmovic, Postdoktorand am IAP, und Marc Jacquart, Sommerstudent am IAP 2021, werden in der nun anstehenden dunklen Jahreszeit bis November 2023 am Südpol überwintern und den Betrieb des Neutrino Observatoriums vor Ort überwachen.

Die bisherige Geschäftsführerin von KCETA, Dr. Irmgard Langbein, hat zum Jahresende 2022 das KIT verlassen und damit die Geschäftsführung von KCETA abgegeben. Seit Januar 2023 ist an ihre Stelle Dr. Katrin Link getreten. Wir danken Irmgard Langbein für ihr langjähriges Engagement für KCETA und begrüßen die neue Geschäftsführerin Katrin Link herzlich.

Das Komitee für Astroteilchenphysik (KAT) ist die Vertretung der deutschen Physikerinnen und Physiker auf dem Gebiet der Astroteilchenphysik, die an deutschen Universitäten, Helmholtz-Zentren und Max-Planck-Instituten arbeiten. Das KAT soll die verschiedenen Forschungsrichtungen zusammenbringen und aktuelle Entwicklungen diskutieren. Es sucht dazu engen Kontakt mit der Gemeinschaft der deutschen Astroteilchenphysikerinnen und -physiker mit dem Ziel, größtmöglichen Konsens zu erzielen und die gemeinsamen Interessen und Strategien repräsentativ auch nach außen zu vertreten.

Das KAT setzt sich aus Mitgliedern zusammen, die jeweils zu einem Themenkreis in geheimer Wahl bestimmt werden, sowie aus Ex-offizio-Mitgliedern der großen Forschungsinstitute der Astroteilchenphysik. Weiter nehmen institutionelle Vertreter an den Sitzungen des KAT teil. Die Amtszeit beträgt drei Jahre.
Auch aus den Reihen von KCETA wurden Mitglieder gewählt:

• Neugewählt ist Dr. Markus Roth (Kosmische Strahlung)
• Wiedergewählt wurde Prof. Kathrin Valerius (Neutrinoeigenschaften), die jetzt auch stellvertretende Vorsitzende ist.
• Nicht mehr zur Wahl standen Dr. Andreas Haungs (Kosmische Strahlung und stellvertretender Vorsitzender) und Prof. Thomas Schwetz-Mangold (Theorie)

Die IceCube-Kollaboration hat erstmals Hinweise auf hochenergetische Neutrino-Emissionen von NGC 1068 (auch bekannt als Messier 77, einer aktiven Galaxie im Sternbild Walfisch und eine der bekanntesten und am besten untersuchten Galaxien überhaupt) gefunden. Die Bezeichnung "aktive" Galaxie bezieht sich dabei auf den Galaxienkern: Er enthält ein Schwarzes Loch, das besonders viel Masse enthält und die Galaxie insgesamt hell leuchten lässt. Mit dem IceCube-Detektor, eingeschmolzen in das ewige Südpol-Eis, haben wir durch den Nachweis der Neutrinos zum ersten Mal Einblick in das Innere von aktiven Galaxien erhalten und dabei Kenntnisse über die physikalischen Prozesse gewonnen. Mit zukünftigen noch sensitiveren Detektoren, wie zum Beispiel dem IceCube-Gen2-Observatorium werden sehr viel mehr solcher Quellen entdeckt und studiert werden können.

Originalveröffentlichung
IceCube Collaboration: Evidence for neutrino emission from the nearby active galaxy NGC 1068; Science (3 Nov 2022),Vol 378, Issue 6619, pp. 538-543;
DOI: 10.1126/science.abg3395

Wir gratulieren Dr. Belina von Krosigk zur Verleihung des Hertha-Sponer-Preises für hervorragende wissenschaftliche Arbeiten einer Physikerin für ihre fundamentalen Beiträge zur direkten Suche und zum Verständnis von Dunkler Materie durch die Weiterentwicklung der Modelle sowie der methodischen und analytischen Techniken zur Detektion kleinster Signale.

Professorin Anke-Susanne Müller vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) erhält den Landesforschungspreis Baden-Württemberg 2022. Damit würdigt das Land die Spitzenphysikerin für ihre Leistungen in der Grundlagenforschung. Mit ihrem Team leistet Müller bahnbrechende Beiträge, um Teilchenbeschleuniger stabiler, kompakter und energieeffizienter zu machen. Die mit 100 000 Euro verbundene Auszeichnung gilt als höchstdotierter Forschungspreis eines Bundeslandes.

Presseinformation des KIT

MU Programmtage

Dennis Soldin (most inspiring)

Lisa Biermann (most pedagogical)

Bild im Anhang. Siehe auch https://indico.gsi.de/event/15071/

Staffelübergabe beim KATRIN Experiment

Das internationale KArlsruhe TRItium Neutrino Experiment (KATRIN) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), das weltweit führende Experiment zur Bestimmung der Neutrinomasse, wird durch zwei neue wissenschaftliche Sprecherinnen geleitet: Prof. Kathrin Valerius vom KIT und Prof. Susanne Mertens von der TU München. Die beiden lösen die zwei langjährigen KATRIN Co-Sprecher, Prof. Guido Drexlin vom KIT und Prof. Christian Weinheimer von der Universität Münster, ab. Die feierliche Staffelübergabe fand im Rahmen des Herbst-Treffens der KATRIN Kollaboration am 30.9.2022 statt.

Das KATRIN Experiment am KIT mit Partnern aus 8 Ländern ist die weltweit sensitivste Waage für Neutrinos, die wohl faszinierendsten Elementarteilchen in unserem Universum. Dazu untersucht das einzigartige Projekt die Energieverteilung von Elektronen aus dem Beta-Zerfall von Tritium, einem instabilen Wasserstoff-Isotop. Das insgesamt 70 m lange Hochtechnologie-Experiment treibt dabei die Experimentierkunst auf die Spitze: KATRIN beherbergt die bisher intensivste Quelle von hochreinem Tritium, und ein riesiges Spektrometer, mit dem sich die Energie der Zerfallselektronen mit bisher unerreichter Genauigkeit bestimmen lässt.

Die Präzisionsmessungen und der stabile Langzeitbetrieb der komplexen Anlage erfordern ausgefeilte Lösungen für eine Vielzahl von technischen wie physikalischen Herausforderungen. Als den langjährigen wissenschaftlichen Sprechern – im Amt regelmäßig wiederbestätigt seit der Gründung der Kollaboration im Jahr 2001 – oblag Guido Drexlin (KIT) und Christian Weinheimer (Universität Münster) nicht nur die Koordination des internationalen Forschungsverbundes. Sie trugen über mehr als zwei Jahrzehnte die Hauptverantwortung für Konzeption, Konstruktion und wissenschaftliches Programm von KATRIN und leisteten zudem mit ihren jeweiligen Arbeitsgruppen Schlüsselbeiträge zum Gelingen der Messungen durch innovative experimentelle Instrumente, neuartige Methoden oder das physikalische Verstehen komplexer Probleme.

Zum Jahresbeginn 2022 gelang KATRIN ein wichtiger experimenteller Durchbruch: aus dem Vergleich der experimentellen Daten des ersten Messjahres mit aufwändigen Simulationen konnte eine Obergrenze für die Neutrinomasse von 0,8 eV bestimmt werden (Nature Physics, Februar 2022). Dieses Resultat stellt einen Meilenstein in der Erforschung der Eigenschaften von Neutrinos dar, da es erstmals gelungen ist, mit einem direkten Neutrinomassenexperiment in den kosmologisch und teilchenphysikalisch so wichtigen sub-eV Massenbereich vorzustoßen, in dem die fundamentale Massenskala von Neutrinos vermutet wird.

Einen bedeutenden Anteil an diesem weltweit vielbeachteten Resultat hatten Kathrin Valerius (KIT) und Susanne Mertens (TUM), die sich dieser Herausforderung mit einem internationalen Analyseteam sehr erfolgreich gestellt haben. Ihre Wahl als neue KATRIN Sprecherinnen honoriert nun ihr langjähriges begeistertes Engagement bis hin zur Koordination der sehr erfolgreichen Datenanalyse der ersten Messungen des Experiments. Kathrin Valerius freut sich auf die neuen Aufgaben: „Es ist großartig, dass wir die KATRIN Kollaboration nun beim Erreichen der nächsten wissenschaftlichen Ziele als Co-Sprecherinnen unterstützen dürfen.“  Susanne Merten pflichtet ihr bei: “Das physikalische Potenzial von KATRIN ist noch lange nicht ausgeschöpft, und unsere ambitionierten Pläne zu neuen Messungen, z.B. zu sterilen Neutrinos mit dem neuen TRISTAN Detektor, werden die weltweite Sichtbarkeit von KATRIN weiter erhöhen.“

Auch Guido Drexlin und Christian Weinheimer bleiben dem Experiment in wichtigen Funktionen treu und entwickeln unterdessen neue Ideen für die Verbesserung der Empfindlichkeit von KATRIN. Über die Wahl ihrer Nachfolgerinnen zeigen sich beide sehr erfreut: „Wir hätten uns keine besseren neuen Co-Sprecherinnen wünschen können!“ Alle sind bereit für den Beginn eines weiteren Kapitels in der Erfolgsgeschichte dieses einzigartigen Experiments und blicken gespannt auf neue Erkenntnisse auf dem faszinierenden Gebiet der Neutrinos.

Vor 20 Jahren, am 30.10.2002, fand das Einweihungskolloquium von GridKa, dem zentralen deutschen Rechenzentrum für die Kern- und Teilchenphysik im weltweiten LHC Computing Grid, statt.

Der seit nunmehr 20 Jahren erfolgreiche Betrieb von GridKa wurde nun in einer Jubliäumsveranstaltung im SCC am Campus Nord des KIT gewürdigt. Nach einem Grußwort des KIT Präsidiums durch Prof. Dr. Kraft gab es Rückblicke von Prof. Dr. Maschuw, Dipl.-Phys. Mickel und Dr. Marten. Natürlich durften auch die Ausblicke in die Zukunft nicht fehlen, dafür sorgten Prof. Dr. Mnich (CERN) sowie A. Streit vom SCC.

www.scc.kit.edu/ueberuns/16298.php

XENONnT, der neueste Detektor der internationalen XENON-Kollaboration, zeigt ein bisher unerreicht niedriges Niveau an Untergrundsignalen, das eine empfindliche Suche nach neuen, sehr seltenen Phänomenen ermöglicht. Erste Ergebnisse klären nun ein aufregendes Signal, das im Vorgängerexperiment XENON1T beobachtet wurde, und setzen starke Grenzen für verschiedene Szenarien neuer Physik.

Das XENONnT-Experiment wurde entwickelt, um nach den sehr schwer nachweisbaren Teilchen der dunklen Materie zu suchen. Der Detektor enthält fast 6000 kg extrem reines flüssiges Xenon zum Nachweis von Teilchenwechselwirkungen. Um ihn vor kosmischer Strahlung und natürlicher Radioaktivität zu schützen, ist er tief unter der Erde im Untergrundlabor Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) in Italien installiert. Der eigentliche Xenon-Detektor befindet sich in einem großen Wassertank, der mit Lichtsensoren ausgestattet ist, um Myonen und Neutronen abzuschirmen oder nachzuweisen. Trotz der schwierigen Pandemie-Situation wurde XENONnT zwischen Frühjahr 2020 und Frühjahr 2021 gebaut und anschließend in Betrieb genommen. XENONnT nahm zwischen Juli und November 2021 die ersten wissenschaftlichen Daten im Umfang von 97,1 Tagen auf.

Für diese Art von Experimenten ist eine möglichst geringe natürliche Radioaktivität erforderlich. Das gilt sowohl für das Xenon als auch für die Detektormaterialien und die Umgebung. Im Xenon ist vor allem Radon am schwierigsten zu reduzieren, und ihre Verringerung auf ein akzeptables Niveau ist der „heilige Gral“ für Suchen auf dem Empfindlichkeitsniveau von XENONnT. Die XENON-Kollaboration hat nun mit großem Aufwand das Radon auf ein noch nie dagewesenes Niveau reduziert. Grundlage dieses Erfolges ist eine sehr sorgfältige Materialauswahl und der erfolgreiche Betrieb einer Destillationsanlage, die Radon aktiv aus dem Xenon entfernt.

Vor zwei Jahren gab die XENON-Kollaboration die Beobachtung eines Überschusses von Elektron-Rückstoßereignissen im Vorgängerexperiment XENON1T bekannt. Dies sind Signale, bei denen Teilchen Energie auf die Elektronen von Xenon-Atomen übertragen, welche dann nachgewiesen werden. Das Ergebnis löste großes Interesse und zahlreiche Veröffentlichungen aus, da es als Signal für eine „neue Physik“ jenseits bekannter Phänomene gedeutet werden konnte. Wechselwirkungen von solaren Axionen oder Axion-ähnliche Teilchen könnten derartige Signale hervorrufen. Alternativ könnten Neutrinos mit einem anomalen magnetischen Moment oder andere hypothetische Teilchen des dunklen Sektors dafür verantwortlich sein.

Heute hat die XENON-Kollaboration die ersten Ergebnisse ihres neuen und empfindlicheren Experiments XENONnT veröffentlicht. Der Untergrund an Elektron-Rückstößen aus verbleibenden Unreinheiten wurde dabei auf ein Fünftel des Vorgängers XENON1T reduziert. Das Fehlen eines Überschusses in den neuen Daten deutet nun darauf hin, dass das XENON1T-Signal wahrscheinlich von minimalen Spuren radioaktiven Tritiums im flüssigen Xenon verursacht wurde, eine der damals in Betracht gezogenen Hypothesen. Gleichzeitig werden die Szenarien neuer Physik, die alternativ zur Erklärung des Überschusses herangezogen wurden, nun sehr stark eingeschränkt.

Mit diesem neuen Ergebnis, das durch eine blind durchgeführte Analyse erzielt wurde, gibt XENONnT schon mit seinem ersten Datensatz aus dem bisherigen Betrieb sein mit Spannung erwartetes Debüt. Die vorhandenen Daten werden weiter analysiert, um nach schwach wechselwirkenden massiven Teilchen (WIMPs) zu suchen, einem der vielversprechendsten Kandidaten für Dunkle Materie im Universum. In der Zwischenzeit sammelt XENONnT weitere Daten und strebt im Rahmen seines Forschungsprogramms für die nächsten Jahre eine noch höhere Empfindlichkeit an.

Aus Deutschland sind das Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, die Universitäten in Freiburg, Mainz und Münster sowie das KIT an XENON beteiligt. Die KIT-Gruppe um Kathrin Valerius und Klaus Eitel am Institut für Astroteilchenphysik wirkte am Zusammenbau und an der Inbetriebnahme des XENONnT-Detektors mit. Die Forscherinnen und Forscher blicken nun gespannt auf die Auswertung weiterer Messdaten.

Prof. Dr. Torben Ferber und Prof. Dr. Markus Klute sind mit ihren Forschungsgruppen offizielle Partner des geplanten LUXE Experiments am DESY. Das Direktorium der LUXE Kollaboration hat die Aufnahme des ETP als eine der Partnerinstitutionen von LUXE beschlossen. Mit diesem Schritt weitet das ETP seine Aktivitäten in der Teilchenphysik jenseits der großen Experimente Belle II und CMS aus. LUXE (Laser Und XFEL Experiment) ist ein neues Experiment das derzeit am DESY und dem freien Elektronen-Laser European XFEL entwickelt wird, um Quantenelektrodynamik (QED) bei extrem hohen Feldstärken zu untersuchen. In Kollisionen von Elektronen und einem optischen Laser wird hierbei auch ein Strahl hochenergetischer Photonen erzeugt, mit dem die Wissenschaftler*innen am ETP nach möglichen neuen Elementarteilchen, sog. axionartigen Teilchen (ALPs), suchen wollen. Sie arbeiten hierzu an der Entwicklung des Kalorimeters und an Studien zu optimalen Analysemethoden.

Rechtzeitig zur Feier des 10. Jahrestages der Verkündung der Entdeckung des Higgs-Bosons am Large Hadron Collider (LHC), am 4. Juli 2022 hat die CMS-Kollaboration eine umfangreiche Studie zu den Eigenschaften dieses einzigartigen Teilchens in der Zeitschrift Nature (607 (2022) 60) veröffentlicht. Die Veröffentlichung fasst den derzeitigen Wissensstand bezüglich des Higgs-Bosons zusammen und beruht auf einer Auswertung der Daten, die in den Jahren 2016 bis 2018 am LHC aufgezeichnet wurden.

NachwuchsforscherInnen des KIT haben zu diesem wichtigen Resultat beigetragen: Die Vermessung des Zerfalls des Higgs-Bosons in zwei Tau-Leptonen wurde maßgeblich von einer Gruppe von Promovierenden und Studierenden des ETP durchgeführt. Dr. R. Wolf, der Leiter dieser Arbeitsgruppe, kommentiert: "Diese Messung gibt den bisher genauesten Aufschluss über die Kopplungsstärke des Higgs-Bosons an Fermionen, also an Materieteilchen. Dabei haben wir modernste Methoden maschinellen Lernens und der statistischen Datenanalyse eingesetzt."

Der LHC am CERN bei Genf ist der derzeit größte Teilchenbeschleuniger der Welt. Die Experimente CMS und ATLAS am LHC hatten im Jahr 2012 die Entdeckung des Higgs-Bosons verkündet und untersuchen seitdem dessen Eigenschaften. Das Higgs-Boson ist sehr kurzlebig und zerfällt mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten in andere Elementarteilchen, die dann in den Experimenten nachgewiesen werden und aus denen auf die Eigenschaften des Higgs-Bosons geschlossen werden kann.

Die Abbildung links zeigt das Signal, das der Zerfall des Higgs-Bosons in zwei Tau-Leptonen im CMS-Detektor hinterlässt nach Abzug aller anderen bekannten Prozesse mit vergleichbarer Signatur  ("Untergrundprozesse"). Aufgetragen ist die Zahl der Zerfälle als Funktion der relativistisch invarianten Masse der Tau-Leptonen, die im Rahmen der Auflösung des Detektors für diese Zerfälle, mit der Masse des Higgs-Bosons von 125 GeV übereinstimmen sollte.

Dunkle Materie ist ein wesentlicher Bestandteil unseres Kosmos: Nur mit ihrer Hilfe können zahlreiche astrophysikalische und kosmologische Beobachtungen erklärt werden, ihre Natur ist indes völlig unbekannt. Hochempfindliche Experimente, die neuartige Teilchen der Dunklen Materie nachweisen sollen, konnten bislang noch keinen direkten Nachweis erbringen. Ein Folgeexperiment auf der Basis der bisher erfolgreichen Flüssig-Xenon-Technologie soll noch in diesem Jahrzehnt mit den Messungen beginnen und die Nachweisempfindlichkeit deutlich erweitern.

„Dunkle Materie ist die vorherrschende Materieform in unserem Universum“, erklärt Kathrin Valerius, Leiterin der Abteilung Niedrigenergie-Universum am Institut für Astroteilchenphysik des KIT. „Von dem neuen Experiment erwarten wir einen Durchbruch bei der Lösung des kosmischen Rätsels, woraus sie zusammengesetzt ist.“

Um dieses Projekt auf den Weg zu bringen, trafen sich Ende Juni etwa 100 Forschende der derzeit führenden Experimente zu Dunkler Materie am KIT und gründeten das internationale Konsortium „XLZD“. Mitglieder der XENON-, LUX-ZEPLIN- und DARWIN-Kollaborationen hatten zuvor bereits eine Absichtserklärung unterzeichnet und ein wissenschaftliches White Paper mit über 600 Autorinnen und Autoren veröffentlicht.

21 Spitzenforschende, darunter der vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) nach Deutschland geholte Teilchenphysiker Markus Klute, sind in Berlin mit Deutschlands höchstdotiertem internationalen Forschungspreis, der Alexander von Humboldt-Professur, ausgezeichnet worden. Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger und Hans-Christian Pape, Präsident der Humboldt-Stiftung, überreichten die mit bis zu fünf Millionen Euro dotierten Preise während einer Festveranstaltung.

Markus Klute vom Institut für Experimentelle Teilchenphysik (ETP) am KIT arbeitete zuvor am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA und hat mit seinem Team beim Experiment Compact Muon Solenoid (CMS) am CERN eine zentrale Rolle gespielt und wesentlich zur Entdeckung des Higgs-Teilchens beigetragen.

Klute beschäftigt sich mit der Teilchenphysik bei höchsten Energien, sowohl beim Design, beim Bau und bei der Inbetriebnahme von Teilchendetektoren als auch bei der Analyse der gesammelten Daten. Das KIT will mit ihm als Humboldt-Professor seine Forschung am Large Hadron Collider (LHC), dem derzeit weltweit leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger am CERN, deutlich ausbauen. Ziel ist, künftig noch genauere Messungen und weitere bahnbrechende Entdeckungen zu ermöglichen. Markus Klute leitet das CMS-Projekt am ETP, eines der größten Universitätsinstitute, die an dem internationalen Experiment beteiligt sind.

Das ETP konnte Michael Hoch gewinnen, um die Aktivitäten im Bereich der wissenschaftlichen Bildung und Öffentlichkeitsarbeit zu verstärken. Als ausgebildeter Teilchenphysiker ist er ein international anerkannter Wissenschaftskommunikator. Michael Hoch ist ein kreativer Innovator mit neuen Ideen und Konzepten zur Förderung von Teilchenphysik, Physik und Wissenschaft.

Seine Arbeit ist weithin anerkannt. So erhielt er den Preis der Europäischen Physikalischen Gesellschaft 2017 "für Initiativen, die die konzeptionelle und physikalische Schönheit der Hochenergiephysik und die inspirierenden Qualitäten hervorheben, die sowohl der Kunst als auch der Wissenschaft gemeinsam sind".

Zu seinen Leistungen gehören das art@CMS-Programm und die Gründung des ORIGIN-Netzwerks. Er ist Initiator und Kurator zahlreicher Ausstellungen. Die ORIGIN-CMS-Ausstellung in Seoul ist ein aktuelles Beispiel für seine Arbeit und wurde im CERN Bulletin vorgestellt.

Hermann von Helmholtz ist Namenspatron der Helmholtz-Gemeinschaft. Als letzter Universalgelehrter erforschte er Phänomene der Optik, Akustik, Geologie, Meteorologie und Wärmelehre. Er verstand es, Grundlagenforschung und Anwendung zu verbinden und erfand dabei viele Instrumente wie etwa den Augenspiegel, den Helmholtz-Resonator, den ersten elektronischen Synthesizer oder Apparate zur Messung der Nervenleitgeschwindigkeit. Am 31. August 2021 jährte sich sein Geburtstag zum 200. Mal. Anlässlich des Jubiläums präsentierte die Helmholtz-Gemeinschaft unter dem Motto „200 Jahre Helmholtz – Inspired by challenges“ Forschungsgebiete, an denen WissenschaftlerInnen der Gemeinschaft tagtäglich arbeiten.

Im Helmholtz-Forschungsbereich Materie ist KCETA in allen drei Programmen (Materie und Universum, Von Materie zu Materialien und Leben sowie Materie und Technologien) vertreten:

Challenge #10: Teilchenbeschleuniger tausendmal kleiner bauen, als sie heute sind
Challenge #40: Die Puzzlestücke der Astrophysik zusammenfügen
Challenge #42: Die Weltformel aufspüren
Challenge #44: Teilchenbeschleuniger lernfähig machen
Challenge #46: Das Rätsel der Antimaterie lösen
Challenge #48: Das Geheimnis der Dunklen Materie lüften
Challenge #49: Wie schwer sind Neutrinos?
Challenge #50: Den Ursprung kosmischer Beschleuniger entschlüsseln
Challenge #71: Mit Gravitationswellen den Kosmos besser verstehen

Das internationale KArlsruhe TRItium Neutrino Experiment, kurz KATRIN, am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat die Neutrinomasse erstmals auf unter ein Elektronenvolt (eV) eingegrenzt und damit eine „Barriere“ in der Neutrinophysik durchbrochen. Aus den aktuell in der Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlichten Daten lässt sich eine Obergrenze von 0,8 eV für die Masse des Neutrinos ableiten. Diese mit einer modell-unabhängigen Labormethode gewonnenen Ergebnisse ermöglichen es KATRIN, die Masse dieser „Leichtgewichte des Universums“ mit bisher unerreichter Präzision einzugrenzen.

Die Ergebnisse wurden im Rahmen einer öffentlichen Outreach Veranstaltung in deutscher Sprache vorgestellt. Die Vorträge sind weiterhin hier einsehbar: https://www.katrin.kit.edu/leicht-leichter-neutrinos.php

- DOI: 10.1038/s41567-021-01463-1
- Presseinformation des KIT

Humboldt Research Fellow Dr. Sergey Volkov (JINR Dubna, Russland) wird vom August 2022 bis März 2024 ans Institut für Theoretische Physik (ITP) am KIT kommen.

Das Humboldt-Forschungsstipendium ist eines der renommiertesten Stipendien für Forschende aller Nationen und Fachgebiete. Es fördert herausragende internationale Wissenschaftler/innen, um in Deutschland zu forschen. Neben dem Stipendium profitieren die Wissenschaftler/innen insbesondere von der Vernetzung mit dem weltweiten Netzwerk der Humboldt-Stipendiaten.

Auf der Suche nach Dunkler Materie arbeitet Kathrin Valerius, Professorin für experimentelle Astroteilchenphysik am KIT-Zentrum Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik, an zunehmend leistungsstärkeren Detektoren und entwickelt in internationaler Zusammenarbeit immer empfindlichere Messinstrumente für Experimente höchster Anforderungen.

Kathrin Valerius ist Expertin des Monats am KIT, wir gratulieren!

https://www.sek.kit.edu/kit-experten_valerius.php

Die Teilchenphysikerin Isabel Haide hat eines der Promotionsstipendien der Landesgraduiertenförderung (LGF) Baden-Württemberg zur Förderung hochqualifizierten wissenschaftlichen Nachwuchses erhalten – wir gratulieren sehr herzlich zu diesem tollen Erfolg!

Isabel Haide wird im Rahmen ihrer Promotion am ETP in der Arbeitsgruppe von Prof. Torben Ferber arbeiten. Ihr Fokus werden die Echtzeitrekonstruktion von Teilchen mit Methoden der künstlichen Intelligenz im Belle II Experiment sowie die Suche nach dunklen Photonen sein.

Isabel Haide ist Doktorandin in KSETA, der Graduiertenschule des KIT-Zentrums KCETA.

In der Nacht vom 26. November 2021 fand wieder die "Nacht der Wissenschaft" statt. Bis in die frühen Morgenstunden waren viele spannende Vorträge aus den verschiedensten Fachbereichen als Livestream verfügbar.

Auch ein KCETA-Wissenschaftler, Prof. Torben Ferber, war dabei:

"Das Unsichtbare sichtbar machen: wie man nach dunkler Materie sucht
Spannend und zugleich sehr mysteriös: Der Großteil unseres Universums besteht aus dunkler Materie – einer Form von Materie die sich bislang nur indirekt durch ihre Schwerkraft bemerkbar macht. Forscher weltweit suchen mit Hochdruck nach einem Nachweis im Labor: Tief unter der Erde, im Weltall, oder an den größten Teilchenbeschleunigern der Welt. Was wir über dunkle Materie wissen und was wir nicht wissen und wie man Unsichtbare Dinge sichtbar macht – und was hat das alles mit Spülmittel und Eichhörnchen zu tun?"

Wir gratulieren Prof. Dr. Thomas Müller (ETP) herzlich zur Verleihung des Status KIT Distinguished Senior Fellow zum 1.10.2021. Das Präsidium des KIT ist damit der Empfehlung des Council of Researchers and Promotion of Young Scientists (CRYS) und dem Vorschlag von Bereichsleiter Prof. Dr. Marc Weber gefolgt.

Mit dieser besonderen Auszeichnung ehrt das KIT herausragende Persönlichkeiten aus der Wissenschaft, um deren Erfahrung und Wissen auch nach deren Eintritt in den Ruhestand für Forschung, Innovation und den wissenschaftlichen Nachwuchs oder die Ausbildung von Studierenden zu erhalten.

Thomas Müller wird damit im KIT seine wissenschaftlichen Themen weiterverfolgen und seine Hochschullehre fortsetzen.

Doctoral researcher Meghana M. Patil gives the award lecture "Ultra-fast line-camera KALYPSO for fs-laser-based electron beam diagnostics" at the IBIC'21 conference for an outstanding contribution to the development of an innovative beam diagnostic instrument of proven workability. She is a research associate at KIT LAS (Prof. A.-S. Müller) and a member of the Diagnosis R&D group (led by E. Bründermann) at KIT IBPT as well as of the beam diagnostics group at KIT IPE (led by Michele Caselle). The prize is only given for devices with demonstrated and published performance.

Herzlichen Glückwunsch an Prof. Ulrich Husemann (Institut für Experimentelle Teilchenphysik), der erneut in den Vorstandsrat der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) für den Bereich Hochschule gewählt wurde. Die DPG ist die größte physikalische Fachgesellschaft weltweit. Als Vertretung aller DPG-Mitglieder entscheidet der Vorstandsrat über gewichtige Änderungen und Neuerungen in der DPG.

Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG)

Als Teil der Inbetriebnahme nimmt CMS seit dem 12. Juli 2021 kosmische Daten bei abgeschaltetem Magnetfeld auf. Die aufgezeichneten kosmischen Ereignisse sind die ersten seit der Abschaltung des LHC nach der Run 2 Datennahme, unter Verwendung eines verbesserten und wieder zusammengesetzten CMS-Detektors. Die aufgezeichneten kosmischen Daten, die weltweit auf HEP-Rechenzentren wie GridKA verteilt werden, sind wichtig für die Kalibrierung des Detektors und legen den Grundstein für die Run 3 Datennahme mit dem vollständig aktivierten CMS-Detektor, die 2022 beginnen soll.

Herzlichen Glückwunsch an unseren Kollegen Nikolaos Karastathis für die Verleihung des Award for Best Contributed Talk auf der 37. International Cosmic Ray Conference (ICRC).

Titel des preisgekrönten Vortrags:
Simulations of radio emission from air showers with CORSIKA 8 [pos.sissa.it/395/427/]

Forschungsdaten nehmen eine Schlüsselrolle in den Wissenschaften ein. In allen Wissenschaftsbereichen nehmen die Datenmengen rasant zu. Bereits vorhandene Datenbestände gelten dabei als wichtige Grundlage für neue Erkenntnisse. Diese sind für die wissenschaftliche Allgemeinheit jedoch oft nur schwer zugänglich. Bund und Länder bauen deshalb die Nationale Forschungsdateninfrastruktur (NFDI) auf. In der NFDI sollen wissenschaftliche Daten systematisch erschlossen, langfristig gesichert und zugänglich gemacht werden.

Zentrales Element sind Konsortien, in denen Nutzer und Anbieter von Forschungsdaten mit Einrichtungen der Informationsinfrastruktur zusammenwirken. Die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz (GWK) hat jetzt Konsortien bekanntgegeben, die in einer neuen Förderrunde bedacht werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sind an fünf der in diesem Jahr geförderten zehn Konsortien beteiligt.

Für KCETA relevant ist das PUNCH4NFDI, das NFDI-Konsortium der Teilchen-, Astro-, Astroteilchen-, Hadronen- und Kernphysik. Die PUNCH-Physik befasst sich mit den fundamentalen Bestandteilen der Materie und deren Wechselwirkungen sowie deren Rolle für die Entstehung der größten Strukturen im Universum – Sterne und Galaxien.

https://www.kit.edu/kit/29321.php

Großexperimente der Grundlagenforschung wie das KATRIN-Experiment am Campus Nord sind üblicherweise für die Öffentlichkeit kaum zugänglich. Dies liegt an den besonderen Reinheitsauflagen und Sicherheitsvorschriften – und natürlich auch daran, dass die laufenden Experimente nicht gestört werden dürfen. Nun öffnet eine Virtual-Reality-Anwendung neue Möglichkeiten der Erfahrbarkeit. Die Nutzerinnen und Nutzer bekommen so einen direkten Einblick in das Innere der Forschungsanlage und erfahren, wie sich die Elementarteilchen in diesem großen Versuchsaufbau bewegen und verhalten. Zudem bietet die Anwendung auch die Möglichkeit, selbst in die Rolle einer Wissenschaftlerin oder eines Wissenschaftlers zu schlüpfen und mit dem Experiment zu interagieren – etwa indem Variablen der Messung beim virtuellen Betrieb verändert werden.

Entstanden ist die VR-Umgebung in Kooperation mit dem Nationalen Institut für Wissenschaftskommunikation (NaWik). Zur Online-Vorstellung am 7. Juli 2021 um 17:00 Uhr sind Öffentlichkeit und Medien eingeladen.

Presseinformation des KIT

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) holt einen weiteren weltweit führenden Forscher nach Deutschland: Der Teilchenphysiker Markus Klute wurde für eine Humboldt-Professur ausgewählt. Damit will das KIT eine weltweit führende Position im LHC-Programm am CERN erreichen und im KIT-Zentrum Elementarteilchen und Astroteilchenphysik (KCETA) und seiner Graduiertenschule KSETA neue Kooperationen entwickeln. Klute, der die Nachfolge von Professor Thomas Müller (inzwischen zum KIT Distinguished Senior Fellow ernannt) antreten wird, soll am Institut für Experimentelle Teilchenphysik (ETP) die Leitung des CMS-Projektes übernehmen. Die Auszeichnung dieses weltweit anerkannten Experten für experimentelle Teilchenphysik ist zugleich eine große Anerkennung für die Forschungsstärke des KIT auf diesem Gebiet.

Für das Jahr 2022 werden lediglich sechs weltweit herausragende Forschende mit dieser speziellen Auszeichnung bedacht, die gleichzeitig der höchstdotierte Forschungspreis in Deutschland ist. Die Alexander von Humboldt-Stiftung fördert damit die Rückkehr exzellenter Forscher und Forscherinnen nach Deutschland, in diesem Fall die von Prof. Klute (full professorship am MIT) ans ETP.

Wir freuen uns heute nicht nur über eine Stärkung von KCETA und der Grundlagenforschung, sondern ebenso über eine nachhaltige Stärkung der Teilchenphysik am KIT und insbesondere unseres bereits jetzt schon sehr starken CMS-Teams am CERN.

Presseinformation des KIT
Dossier Alexander von Humboldt-Professur

Der Helmholtz-Doktorandenpreis wird jährlich in jedem der sechs Forschungsbereiche der Helmholtz-Gemeinschaft an jeweils einen jungen Wissenschaftler verliehen. Jeder von ihnen führte Spitzenforschung durch, um die größten Herausforderungen für Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft zu erkennen und zu untersuchen. Für den Forschungsbereich Materie gewann IBPT-Mitglied Dr. Miriam Brosi (auf dem Foto rechts) für ihre herausragende Doktorarbeit "In-Depth Analysis of the Micro-Bunching Characteristics in Single and Multi-Bunch Operation at KARA".

KIT-Professorin Margarete Mühlleitner und Professor Ulrich Husemann wurden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die kommende Förderperiode ab Juli 2021 in den Gutachterausschuss berufen. Prof. Mühlleitner wurde eingesetzt, die theoretischen Themen, die dort diskutiert und evaluiert werden, abzudecken, und Prof. Husemann, der für eine zweite Amtszeit tätig sein wird, wurde zum Co-Vorsitzenden dieses angesehenen Gremiums gewählt.

Die Finanzierung wissenschaftlicher Aktivitäten erfolgt in Deutschland mit einer Vielzahl von Instrumenten. In Bezug auf Universitäten (dazu zählt auch der universitäre Teil des KIT) ist die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFB in den meisten Fällen die wichtigste Partnerin, um wissenschaftliche Forschungsaktivitäten in nahezu allen Bereichen der Wissenschaft zu unterstützen. Mehrere Projekte in KCETA werden von der DFG gefördert.

Auch das BMBF unterstützt die universitäre Forschung, allerdings mit einem etwas anderen Schwerpunkt als die DFG. Sobald ein großes und lang währendes nationales oder internationales Wissenschaftsprojekt zum Bundesinteresse deklariert wird (in der Regel, weil es vom Bund finanziert wird), unterstützt das Ministerium die Teilnahme von Universitätsgruppen an diesem Projekt, sofern die Staaten, in denen diese Gruppen beheimatet sind, die Gruppen angemessen ausstatten.

Die Finanzierung durch das BMBF ist für Hochschulgruppen von entscheidender Bedeutung, um solche Forschungsanstrengungen durchzuführen. Sie deckt vor allem die Kosten für den Bau und Betrieb von Instrumenten sowie für Reisen und Gehälter von Wissenschaftlern ab. Die Forschung auf dem Gebiet der Kern- und Teilchenphysik nimmt dabei den Löwenanteil der Förderung ein. Deren Projekte dauern in der Regel 10 bis 20 Jahre, und die Projektgruppen umfassen mehrere hundert Personen. Dies spiegelt sich im Gesamtbudget in diesem Bereich von rund 100 Mio. € für einen Zeitraum von drei Jahren wider.

Aufgabe der 24 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Gutachterausschusses ist es, zu Beginn eines Förderzyklus in der Regel 200 Bewerbungen von Hochschulgruppen zu prüfen und einen Weg zu finden, um den Anforderungen und den zugewiesenen Ressourcen gerecht zu werden. Wir bei KCETA sind stolz darauf, dass zugleich zwei Kollegen in diesem wichtigen Gremium mitwirken.

Am 8. Dezember 2016 wurde im IceCube Neutrino Observatorium am Südpol ein extrem hochenergetisches Neutrino gemessen, das überraschende Rückschlüsse auf fundamentale Fragen der Teilchenphysik erlaubt.

IceCube ist eine internationale Kollaboration, an der auch das KIT beteiligt ist. Mit Hilfe von etwa 5000 ultra-sensitiven Lichtsensoren, die tief in das antarktische Eis eingelassen sind, misst IceCube seit 2010 rund um die Uhr Neutrinos in einem Volumen von einem Kubikkilometer.

Neutrinos mit so hoher Energie sind selten, auch mit IceCube kann ein solches Ereignis nur alle paar Jahre gemessen werden. Die Auswertung wurde soeben in der renommierten Wissenschaftszeitschrift „Nature“ veröffentlicht. Das Neutrino hat demnach seinen Ursprung außerhalb unseres Sonnensystems und bestätigt zudem erstmals eine schon 60 Jahre alte Theorie der Teilchenphysik: In einem definierten Energiebereich, in genau dem die Energie des gemessenen Neutrinos liegt, reagieren die Neutrinos 100 mal stärker mit Materie als in anderen Energiebereichen (die sogenannte Glashow-Resonanz).

„Das KIT beteiligt sich aufgrund seiner Expertise insbesondere an der instrumentellen Verbesserung des Observatoriums“, erklärt Andreas Haungs, wissenschaftlicher Koordinator der IceCube-Beteiligung des KIT. „Außerdem simulieren wir hochenergetische Ereignisse mit dem in Karlsruhe entwickelten Programm CORSIKA und analysieren eine spezielle Ereignisklasse, die hochenergetische geladene kosmische Strahlung.“

Mehr Informationen:

• Presseinfo
• Detection of a particle shower at the Glashow resonance with IceCube
  The IceCube Collaboration: R. Abbasi et al., Nature
  www.nature.com/articles/s41586-021-03256-1

These prizes were created by the 5000-strong international CMS collaboration from 41 nations to give young scientists recognition for outstanding achievements in CMS every year.

Andreas Nürnberg is working in Prof. Husemann's research group on the preparations for the construction of the silicon track detector for the phase II period of data taking at the Large Hadron Collider as of 2027. This tracking detector has to be imagined as a 200 m2 large microchip assembled in layers, designed to measure with micrometer accuracy the trajectories of thousands of ionizing particles entering simultationusly the detector, and this 40 million times per second! The detector is conceived to remain functional in the radiation environment of the LHC for at least 10 years. Like its current predecessor, in which the ETP was already significantly involved, it will be the largest of its kind in the world.

Ivan Shvetsov works in Prof. Müller's research group at CERN and has been in charge of the operation and maintenance of the current tracking detector for several years. The detector system is currently being prepared again for data taking (Run III) in the next three years.

Both award winners - long-time members of the Karlsruhe CMS Group - did their PhD at KIT and are on their way to international careers. The awards were announced in the plenary session at the beginning of the CMS week on February 1, 2021. However, due to the protective rules in connection with the COVID-19 pandemic, the CMS week had to take place online, so that the plaques now wait at CERN for Dr. Nürnberg and Dr. Shvetsov.

Prof. Dr. Frank G. Schröder, Astroteilchenphysiker und KCETA-Wissenschaftler, hat das Sloan Research Fellowship erhalten, eine der prestigeträchtigsten Auszeichnungen für Forscher in den USA und Kanada, die sich am Anfang ihrer Karriere befinden. Die Preisträger erhalten 75.000 Dollar, die über einen Zeitraum von zwei Jahren in ihre Forschung investiert werden können.

Frank G. Schröder arbeitet am Nachweis ultrahochenergetischer kosmischer Strahlung, der über die Messung von ausgedehnten Luftschauern erfolgt. Dies sind Kaskaden von Sekundärteilchen, die entstehen, wenn ein hochenergetisches kosmisches Teilchen unsere Atmosphäre trifft. Dabei ist Frank G. Schröder ein Pionier des Nachweises dieser Luftschauer mithilfe der Radiotechnik. Schon in seiner Doktorarbeit am KIT von 2008 bis 2010 nutzte er diese Technik am LOPES Experiment.

In seinen folgenden Aktivitäten leistete Schroeder immer wieder wesentliche Beiträge zur Entwicklung dieser Technik. Insbesondere konnten Schroeder und Kollegen zeigen, dass digitale Antennen-Arrays die Genauigkeit für die Massenzusammensetzung der kosmischen Strahlung erhöhen können. Dies ist einer der Schlüsselparameter, um mögliche Szenarien für deren Entstehung zu untersuchen.

Während er an mehreren Observatorien für kosmische Strahlung arbeitet, darunter das Pierre-Auger-Observatorium und Tunka-Rex, hat sich Schroeder in den letzten drei Jahren hauptsächlich auf das IceCube Neutrino-Observatorium am Südpol konzentriert. Er hofft, IceCubes Oberflächenarray IceTop zum genauesten Detektor für die energiereichste kosmische Strahlung aus unserer eigenen Galaxie zu machen, indem er die Teilchendetektoren um Radioantennen ergänzt. Hier besteht eine enge Zusammenarbeit des KIT mit der Universität Delaware, wobei Professor Schröder je zur Hälfte als Wissenschaftler am KIT und in seiner Fakultätsposition an der Universität von Delaware arbeitet.

https://sloan.org/fellowships/2021-Fellows

Die Pierre-Auger-Kollaboration veröffentlicht 10% der Daten, die mit dem weltgrößten Detektor für kosmische Strahlung aufgezeichnet wurden. Diese Daten werden in der Erwartung zugänglich gemacht, dass sie von einer breiten und vielfältigen Öffentlichkeit genutzt werden, Wissenschaftler ebenso wie Wissenschaftsinteressierte, sowie für Bildungs- und Outreach-Initiativen. Während die Auger-Kollaboration bereits seit über einem Jahrzehnt Daten in ähnlicher Weise veröffentlicht hat, ist die jetzige Veröffentlichung viel umfangreicher, sowohl was die Menge als auch die Art der Daten angeht, so dass sie sowohl für Bildungszwecke als auch für die wissenschaftliche Forschung geeignet sind.

Der Release beinhaltet nicht nur Daten, sondern auch Algorithmen zur deren Analyse. Hiermit können wissenschaftliche Ergebnisse des Observatoriums, inklusive derer die federführend am KIT entwickelt wurden, direkt nachvollzogen werden.

"Dies ist ein grosser Schritt für die Reproduzierbarkeit von Forschungsergebnissen", sagt Dr. Ralf Ulrich, der mit der IAP Doktorandin Olena Tkachenko den öffentlichen Quelltext zur Teilchenphysik mit kosmischen Teilchen entwickelte.

More Details on the auger.org Website

See the website of the KIT Auger group

#WomenInScience  #February11

Im Dezember 2015 erklärte die Generalversammlung der Vereinten Nationen den 11. Februar zum International Day of Women and Girls in Science. Die Unterstützung von mehr als 65 Ländern und die Zustimmung aller Mitgliedstaaten zu der Resolution signalisieren das Interesse der Weltgemeinschaft, unsere Welt zu verändern, indem die Gleichstellung der Geschlechter in Bezug auf Bildungschancen sowie wissenschaftliche Beteiligung erreicht wird.

Sehen Sie hier einige begleitende Aktionen:
The Pierre Auger Collaboration
APPEC

Online-Ausstellung:
"Las Mujeres sostienen la mitad del cielo" (Spanish Version)
"Women hold up half the Sky" (English Version)
"Les femmes supportent la moitié du ciel" (French Version)

Herzlichen Glückwunsch an Francis Halzen und die IceCube-Kollaboration zur Verleihung des Bruno-Rossi-Preises 2021 "für die Entdeckung hochenergetischer Neutrinos astrophysikalischen Ursprungs". Der Preis wird jährlich von der High Energy Astrophysics Division der American Astronomical Society verliehen.

Francis Halzen, Professor an der University of Wisconsin-Madison (USA), ist der Principal Investigator des IceCube Neutrino-Teleskops und Preisträger des von KCETA verliehenen Julius Wess-Preises 2017.

In der IceCube-Kollaboration forschen mehr als 300 Forscher aus 53 Institutionen in 12 Ländern. In unserer IceCube-Gruppe am KIT arbeiten derzeit 26 Forscher vor allem an der Erweiterung des Observatoriums mit neuen Detektoren, um IceCube zu einem Multi-Messenger-Observatorium zu machen, d.h. neben Neutrinos auch hochenergetische kosmische Strahlung und Gammastrahlung zu messen.

"Diese Auszeichnung ist etwas ganz Besonderes, weil sie IceCube als die kollaborative Anstrengung anerkennt, die es ist", sagte Halzen. "Wir freuen uns über diese Anerkennung unserer wissenschaftlichen Beiträge durch die Astronomie-Gemeinschaft, die uns darin bestärkt, die Entwicklung von IceCube als optimales Werkzeug für die Multimessenger-Astronomie fortzusetzen."

Lesen Sie hier die Pressemeldung

Am 9. Dezember wurde der KCETA-Wissenschaftler Dr. Andreas Haungs zum neuen Vorsitzenden der APPEC General Assembly (GA) gewählt.

APPEC ist das Europäische Astroteilchen-Konsortium, bestehend aus 19 Förderorganisationen, nationalen Regierungsinstitutionen und Instituten aus 17 europäischen Ländern, die für die Koordination und Finanzierung nationaler Forschungsanstrengungen in der Astroteilchenphysik verantwortlich sind.

Die GA ist das Strategie-, Entscheidungs- und Aufsichtsorgan von APPEC, verantwortlich für die allgemeine Strategie und die Prozesse von APPEC. Die Vertreter der Generalversammlung werden von den teilnehmenden Institutionen ernannt. Bei den Vertretern handelt es sich in der Regel um die Direktoren größerer Astroteilchenphysik-Institute oder -Agenturen bzw. um Leiter größerer nationaler Astroteilchenphysik-Programme.

Der Vorsitzende der Generalversammlung wird von der Generalversammlung für zwei Jahre gewählt. Dr. Andreas Haungs übernimmt ab dem 1. Januar 2021 den Vorsitz von Prof. Teresa Montaruli.

Lesen Sie hier ein Interview mit Andreas Haungs und der neuen Generalsekretärin Katharina Henjes-Kunst, in dem beide ein wenig über sich selbst und ihre Vision für die Zukunft von APPEC erzählen.

Gravitationswellen sind Wellen in der Raumzeit, die durch beschleunigte Massen ausgelöst werden, zum Beispiel beim Verschmelzen von 2 schwarzen Löchern. Um sie erfolgreich detektieren zu können ist es notwendig, die Einflüsse des Systems Erde auf die zu detektierenden Observablen aus dem All zu trennen. Hierzu ist unter anderem eine enge Verzahnung von Physik und Erdwissenschaften (insbesondere Geophysik) notwendig.

Das am weitesten fortgeschrittene erdgebundene Projekt der dritten Generation der Gravitationswellendetektoren ist das Europäische Einstein-Teleskop. Ein Beitrag zur technologischen Vorbereitung dieses Großprojektes, das sich in der Planungsphase befindet, ist der Hintergrund dieser Investition.

MoniGrav wird sich mit dem allgemeinen Problem des Monitorings der Umgebungs- und Betriebs-Observablen des Einstein-Teleskops befassen. Zu den Observablen gehören Seismik, Erdmagnetfeld, Temperatur, Akustik, Druck, Feuchtigkeit und die elektrische Ladung der Atmosphäre durch kosmische Strahlung. Wir zielen auf die Entwicklung eines Mehrzweck-Netzwerks von Sensoren für dieses Monitoring.

Partner bei MoniGrav sind am KIT das GPI (A. Rietbrock), das SCC (A. Streit) und das IAP (A. Haungs, R. Engel), sowie das European Gravitational Observatory EGO in Cascina bei Pisa, Italien.

Mit großer Trauer müssen wir bekanntgeben, dass unser lieber Kollege und Freund Prof. Dr. Willem ("Wim") de Boer am 13. Oktober 2020 im Alter von 72 Jahren unerwartet verstorben ist.

Bitte lesen Sie hier unseren Nachruf.

Die Idee ist schon über 15 Jahre alt, aber nun ist es in allen Gremien genehmigt, amtlich und bereits umgesetzt: Das Institut für Kernphysik (IKP) hat seinen Namen in Institut für Astroteilchenphysik (IAP) geändert. Damit trägt das IAP nun auch in seinem Namen die Hauptrichtung der Forschung des größten Institutes in KCETA.

Das Institut für Astroteilchenphysik (IAP) erforscht fundamentale Rätsel der Natur an der Schnittstelle von Kosmologie, Astrophysik und Elementarteilchenphysik. In Zusammenarbeit mit internationalen Forschungseinrichtungen betreibt das IAP Grundlagenforschung auf den Gebieten der Teilchen- und Astroteilchenphysik. Das IAP widmet sich im Topic Matter and Radiation from the Universe im Helmholtz-Programm Matter and the Universe der experimentellen und theoretischen Astroteilchenphysik, insbesondere bei der Messung der Neutrinomasse mit KATRIN und dem Tritiumlabor Karlsruhe (TLK), der Suche nach der Dunklen Materie mit XENONnT und dem Zukunftsprojekt DARWIN, und der Erforschung des Hochenergie-Universums mit dem Pierre-Auger-Observatorium in Argentinien und dem IceCube Neutrino Observatorium am Südpol.

In seiner Sitzung am 23. September 2020 hat das Lenkungsgremium einstimmig eine neue Sprecherschaft gewählt. Ab dem 1.10. wird Frau Prof. Dr. Anke-Susanne Müller (IBPT) die Sprecherin von KCETA und übernimmt damit die Nachfolge von Herrn Prof. Dr. Marc Weber, der die Leitung des Bereichs V übernimmt. Frau Prof. Dr. Margarete Mühlleitner (ITP) wird die stellvertretende Sprecherin von KCETA und damit Nachfolgerin von Herrn Prof. Dr. Dieter Zeppenfeld.

Prof. Dr. Johannes Blümer, in den vergangenen fünf Jahren KIT-Bereichsleiter des Bereiches V – Physik und Mathematik, ist Ende September 2020 in den wohlverdienten Ruhestand eingetreten. Blümer war als Professor am ETP und Institutsleiter des IKP (heute IAP) nicht nur über viele Jahre wissenschaftlicher Leiter von KCETA und auch KSETA, sondern war maßgeblich an der Initiierung und Einrichtung sowohl des Zentrums KCETA als auch der Graduiertenschule KSETA beteiligt.

Zur Verabschiedung traf man sich coronabedingt im kleinen Kreis, bestehend aus den heutigen wissenschaftlichen Leitern des Zentrums und der Schule, um Herrn Blümer für seine Tätigkeiten zu danken, ein paar interessante und bemerkenswerte Anekdoten aus den Gründungszeiten von KIT, KCETA und KSETA auszutauschen und um ein kleines Präsent in Form eines laserbedruckten KCETA-Glasobjekts zu überreichen.

Herr Blümer wird dem KIT in Form eines Distinguished Senior Fellows erhalten bleiben und dabei auch sicherlich die Geschicke und weitere Entwicklung von KCETA und KSETA im Auge behalten.

Dr. Go Mishima, Postdoc am IAP, wurde mit der "Particle Physics Medal: Young Scientist Award in Theoretical Particle Physics" ausgezeichnet. Dieser Preis wurde von der Abteilung für Teilchenphysik der Japanischen Physikalischen Gesellschaft verliehen. Er honoriert die Leistungen von Dr. Mishima im Zusammenhang mit einer neuen Technik zur Berechnung von Feynman-Diagrammen mit mehreren Skalen, die er entwickelt hat. Die Resultate sind in dem Papier "High-Energy Expansion of Two-Loop Massive Four-Point Diagrams," JHEP 1902 (2019) 080 veröffentlicht.

Webseite der Preisverleihung

Ein großartiges Jubiläum konnte das CORSIKA-Team (COsmic Ray SImulation at KArlsruhe) feiern:

Bis August 2020 wurde der Bericht FZKA 6019 (1998), der das CORSIKA-Simulationsprogramm beschreibt, mehr als 1000 Mal in wissenschaftlichen Fachpublikationen zitiert. Für die Zählung wurde der Harvard Citation Index zu Grunde gelegt.

Dieses Ereignis wurde am 15. September in Anwesenheit von zwei der fünf Autoren am Campus Nord unter Einhaltung der COVID19-Regeln mit einem kleinen Umtrunk gefeiert.

Mehr als 2 Jahre lang wurden nach intensiver Entwicklung am IKP AugerPrime-SSD-Detektoren gebaut. Inzwischen wurde der letzte der 660 Einheiten am KIT fertiggestellt und die letzten Transporte nach Argentinien sind in Vorbereitung.

Inbesondere dem aufopferungsvollen Einsatz unserer TechnikerInnen Günter, Heike, Heiko, Michael und Mo ist diese herausragende Leistung zu verdanken, wofür wir uns herzlich bedanken.

Gefeiert wurde dieser Meilenstein am 28. August am Campus Nord mit einem BBQ in ungezwungener Athmosphäre und mit gebührendem COVID19-Abstand.

The recent tests were performed at KCETA Institute IKP, which has the facilities and expertise to more precisely measure the performance of the final design. KIT also provided the scintillator material, used in an earlier cosmic-ray experiment called KASCADE.

See here an article published recently in "CONTACT", the magazine of the Square Kilometre Array (SKA) Organisation (page 4).

Am 19. Juni 2020 hat die CMS-Kollaboration einen historischen Meilenstein erreicht: die tausendste wissenschaftliche Veröffentlichung wurde bei einer Zeitschrift eingereicht. Noch nie in der Geschichte der Teilchenphysik hat ein Experiment so viele Publikationen erzielt. An rund 80 dieser Veröffentlichungen waren Physiker/innen des KIT maßgeblich beteiligt.

Gezählt werden hierbei nur Veröffentlichungen der gesamten CMS-Kollaboration in referierten Fachzeitschriften; hinzu kommen noch spezielle technische Publikationen, die z. T. nur von der Gruppe veröffentlicht werden, die den CMS-Spurdetektor gebaut hat und betreibt, und Konferenzberichte.

Die erste Veröffentlichung der CMS-Kollaboration im Jahr 2008 hatte den Titel "The CMS experiment at the CERN LHC" und beschreibt den Aufbau des Detektors. Seitdem werden jedes Jahr ca. 100 Publikationen veröffentlicht. Die berühmteste CMS-Veröffentlichung behandelt die Entdeckung des Higgs-Bosons. Sie stammt aus dem Jahr 2012 und wurde schon mehr als 10000 Mal in anderen Publikationen zitiert. Das KIT, ehedem die Universität Karlsruhe (TH), ist seit fast 25 Jahren unter der Leitung von Prof. Müller (Institut für Experimentelle Teilchenphysik) gemeinsam mit den Kollegen Husemann, Quast und Weber mit ihren Arbeitsgruppen am Aufbau, Betrieb und Analyse des CMS-Experiments beteiligt. "Wir erwarten, dass wir in den kommenden zehn Jahren die Zahl der Veröffentlichungen verdoppeln und tiefe Einblicke in die Natur der kleinsten Teilchen erhalten werden", versprechen die Forscher.

Eine chronologische Liste aller Publikationen der CMS-Kollaboration findet sich hier.
Alle Veröffentlichungen mit Kollisionsdaten sind hier nach Thema sortiert grafisch als Funktion des Zeitpunkts der Einreichung aufgetragen.

Daten von XENON1T, dem weltweit empfindlichsten Dunkle-Materie-Detektor, enthalten einen überraschenden Signalüberschuss. Das haben die Mitglieder der XENON-Kollaboration heute bekannt gegeben. Sie behaupten aber nicht, Dunkle Materie gefunden zu haben, sondern betonen, dass die Quelle dieses unerwarteten Signals noch nicht vollständig verstanden sei. Es könnte von einer winzigen Menge Tritium (überschwerer Wasserstoff) stammen, aber auch ein Hinweis auf etwas wesentlich Spannenderes sein: die Existenz neuer Teilchen, den theoretisch vorhergesagten solaren Axionen, oder eine bisher unbekannte Eigenschaft von Neutrinos... weiterlesen in der Presseinformation

Das KIT-Team ist erst kürzlich der XENON-Kollaboration beigetreten und beteiligt sich an den Arbeiten zu XENONnT, sowie an der Vorbereitung des zukünftig geplanten DARWIN-Observatoriums.
Prof. Kathrin Valerius, KCETA-Wissenschaftlerin am Institut für Kernphysik bestätigt: "Auch die XENON-Gruppe des KIT freut sich sehr über die beeindruckende Sensitivität, die mit XENON1T erreicht wurde. Sie legt den Grundstein für den derzeit im Aufbau befindlichen, noch empfindlicheren XENONnT-Detektor."

Originalpublikation:
Observation of Excess Electronic Recoil Events in XENON1T, XENON Collaboration

Das XENON-Experiment

Rückenwind für die Suche nach seltenen Teilchenzerfällen und exotischen Phänomenen am Belle II-Experiment im KEK-Labor im japanischen Tsukuba: Der Beschleunigerring "SuperKEKB" hat die höchste je gemessene Luminosität erzielt. Damit schlägt der Elektron-Positron-Beschleuniger nicht nur seinen Vorgänger KEKB, sondern auch den Large Hadron Collider (LHC) am CERN. Dies gab das japanische Forschungszentrum KEK, der Betreiber des Beschleunigers, jetzt bekannt.

Lesen Sie hier alle Details

Dr. Stefan Maier, wissenschaftlicher Mitarbeiter am ETP, hat als einer von zwei Wissenschaftler/inne/n den "Detector Award" des CMS-Spurdetektors für das Jahr 2019 erhalten, für seine "[...] outstanding contributions to the upgrade of the Outer Tracker, including development of procedures and systems in 2S module assembly and qualification and the development of a high-rate test stand for the module readout chain." Dr. Maier hat mehrere Prototypen der neu entwickelten doppellagigen Siliziumstreifendetektoren für das Erneuerungsprogramm des CMS-Spurdetektors gebaut und die Prozeduren und Werkzeuge dafür optimiert. Außerdem hat er einen Aufbau entwickelt, in welchem mit Hilfe von LEDs elektrische Pulse mit höchsten Raten in die Ausleseelektronik gespeist werden. Hierdurch können hohe Spurdichten simuliert und die Module unter realistischen Triggerraten getestet werden. Die so ausgezeichneten Arbeiten hat Herr Dr. Maier im Rahmen seiner Promotion durchgeführt, die von der Graduiertenschule KSETA gefördert wurde. "Wir freuen uns mit Stefan über diese Auszeichnung seiner hervorragenden Arbeit am ETP", sagt Projektleiter und Doktorvater Prof. Ulrich Husemann.

Während der Preis schon im Februar verkündet worden war, sollte die feierliche Verleihung der Preisplakette während der CMS-Woche im April stattfinden. Aufgrund der Schutzregeln im Zusammenhang mit der COVID-19-Pandemie musste die CMS-Woche jedoch online stattfinden, sodass die Plakette nun am CERN auf Herrn Dr. Maier wartet.

Ein neues Experiment am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit dem Namen FUNK - Finding U(1)s of a Novel Kind - hat seine ersten Ergebnisse bei der Suche nach ultraleichter dunkler Materie gemeldet. Unter Verwendung eines großen sphärischen Spiegels als elektromagnetische Antenne für dunkle Materie hat das FUNK-Team einen verbesserten Grenzwert für die Existenz von verborgenen Photonen als Kandidaten für dunkle Materie mit Massen im eV-Bereich festgelegt.

Es ist die Doktorarbeit von KSETA-Mitglied Arnaud Andrianavalomahefa und teilweise auch die Arbeit von Christoph Schäfer. KCETA-Wissenschaftler Dr. Darko Veberic bot starke Unterstützung und Betreuung... Lesen Sie mehr im CERN Courier

Paper

Das FUNK-Experiment

Nach mehr als 60 Jahren der Erforschung von Neutrinos sind deren Massen nach wie vor nicht bekannt. Das Karlsruher Tritium Neutrinoexperiment KATRIN soll die bisherige Messgenauigkeit um das Zehnfache verbessern. Im Herbst letzten Jahres hat die Anlage ihr erstes vorläufiges Ergebnis geliefert und damit die Neutrinomasse bereits um einen Faktor zwei stärker eingegrenzt als bisher.

Das deutschsprachige Physikmagazin "Physik in unserer Zeit" hat in seiner aktuellen Ausgabe (Vol. 51/Nr. 3) dem Thema eine von Prof. Guido Drexlin (KIT/KCETA), Prof. Christian Weinheimer (Uni Münster) und Prof. Kathrin Valerius (KIT/KCETA) verfasste Titelgeschichte gewidmet.

Im japanischen Forschungszentrum für Teilchenphysik KEK in Tsukuba, etwa 50 Kilometer nördlich von Tokio, ist seit etwa einem Jahr das Belle II-Experiment in Betrieb. Hier sucht ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) nach exotischen Teilchen, die unser Verständnis der Dunklen Materie im Universum voranbringen sollen. Für eines dieser Teilchen, das sogenannte Z‘-Boson, konnten nun die Masse und die Stärke seiner Wechselwirkung mit bisher unerreichbarer Genauigkeit eingegrenzt werden. Die Ergebnisse sind soeben im renommierten Wissenschaftsjournal Physical Review Letters erschienen.

Presseinformation des KIT

Dr. Go Mishima, Postdoc am IKP, hat ein "Research Fellowship for Young Scientists" der japanischen Wissenschaftsfördereinrichtung JSPS eingeworben. Damit darf er drei Jahre lang an einer Universität seiner Wahl forschen. Er wird das erste halbe Jahr am KIT bleiben und danach an die Tohoku-Universität in Sendai, Japan, wechseln.

Am 25. November 2006 wurde das Hauptspektrometer des KATRIN Experiments in einer spektakulären Aktion durch Eggenstein-Leopoldshafen zum Campus Nord des KIT transportiert.

Genau dreizehn Jahre später veröffentlichte die Kollaboration nun ihre ersten Ergebnisse der Messungen der Neutrinomasse und sicherte sich damit den Platz auf der Titelseite der Physics Review Letters.

https://journals.aps.org/prl/issues/123/22

KCETA-Wissenschaftlerin Dr. Kathrin Valerius wurde von der Wirtschaftszeitung CAPITAL als "Junge Elite – die Top 40 unter 40" in der Kategorie Wissenschaft und Gesellschaft ausgezeichnet. Jedes Jahr werden die Top 40 unter 40 aus Wissenschaft, Vereinen, Verbänden, Kultur, Sport und Initiativen gesucht, die das Potenzial haben, die Zukunft Deutschlands zu beeinflussen und zu gestalten.

Am 21. November trafen sie sich zum "Junge Elite Summit" in Berlin, um Ideen jenseits ihres üblichen Handlungsspielraums auszutauschen und neue Impulse für die Gesellschaft zu setzen.

Presseinformation des KIT
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An der Abschlussfahrt zur Insel Mainau unter dem Motto „Your first step to Stockholm: Baden-Württemberg“ nahmen insgesamt 18 Nobelpreisträgerinnen und -träger und rund 600 internationale Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler aus 80 Ländern teil. Auf der „MS Sonnenkönigin“ präsentierten baden-württembergische Hochschulen und Forschungszentren aktuelle Arbeiten und Ergebnisse zum diesjährigen Schwerpunktthema Physik mit dem besonderen Fokus auf Kosmologie, Laserphysik und Gravitationswellen
Dr. Magnus Schlösser präsentierte hier das KATRIN-Experiment am KIT. Sein Stand wurde auch von Ulrich Steinbach, Ministerialdirektor und Amtschef im Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg, besucht.

Bericht des Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg

Mit dem IceCube Neutrino Observatorium, das Teil der US-amerikanische Amundsen-Scott-Südpolstation ist, wurden 2017 überzeugende Hinweise auf eine erste Quelle hochenergetischer kosmischer Neutrinos gefunden. Nun wird das Observatorium mit deutscher Beteiligung zu einem internationalen Neutrino-Labor ausgebaut. Der IceCube Detektor wird zu niedrigeren Energien hin erweitert, um damit die Eigenschaften von Neutrinos mit bisher unerreichter Genauigkeit zu vermessen. An der Erweiterung von IceCube ist auch eine Arbeitsgruppe von KCETA beteiligt.

Presseinformation des KIT

www.ikp.kit.edu/icecube

The two heaviest known elementary particles, the top (t) quark and the Higgs (H) boson, are deeply connected. They provide an essential probe of the Standard Model (SM) of particle physics, our best attempt so far at describing the fundamental particles and their interaction, and of hypothetical new physics beyond the SM. In the SM, the strength of the interaction between the Higgs boson and matter particles (quarks and leptons) is proportional to their mass. Since the top quark is the heaviest of all particles, the interaction between the Higgs boson and top quarks is also the strongest. As a result of that top-Higgs interaction, Higgs bosons can be produced in association with top quark pairs (this is called the ttH process and was first confirmed in 2018). Measuring the rate at which this rare process happens in the collisions between protons at the LHC, i.e. the probability that a given collision results in the simultaneous production of a top quark pair and a Higgs boson, is the most direct way to study the top-Higgs interaction. In turn, this tells us a lot about the nature of the Higgs boson and helps us answer questions such as: is the Higgs boson actually elementary? Are there other kinds of Higgs bosons out there? Is the universe stable?

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Was genau bei der Ausbildung von Blitzen passiert, ist noch immer unklar. Ein internationales Forscherteam hat jetzt mittels hochauflösender Daten des Radioteleskops LOFAR nadelförmige Strukturen entdeckt, die Licht in die Entladungsprozesse bringen könnten. Wichtige Grundlagen für die Messung von Blitzen mit dem weltweit größten Antennen-Array wurden am KIT gelegt. Was sich hinter den bislang unbekannten Nadeln verbirgt, veröffentlichte nun die Zeitschrift "nature".

Wenn in einer Gewitterwolke Eiskristalle gegeneinander prallen, laden sie sich elektrisch auf. Winde können die Kristalle trennen, so dass ein Teil der Wolke positiv, der andere negativ geladen ist. Wird das so entstehende elektrische Spannungsfeld zu groß, kommt es zu einer heftigen Entladung, die wir als Blitz und Donner wahrnehmen. Die Entladung beginnt mit einem kleinen Volumen von Luft, in dem Elektronen sich von den Luftmolekülen trennen. Diese ionisierte Luft, auch Plasma genannt, ist elektrisch leitend. Das Plasma breitet sich als verzweigte Kanäle aus, bis es auf die Erde trifft und sich die elektrische Spannung der Wolken als Blitz entlädt. Aufschluss über die genauen Prozesse in diesen Kanälen bis hin zur jüngsten Entdeckung der „Blitznadeln“, geben hochauflösende, aus Radiosignalen von Blitzen abgeleitete Daten, die mit dem niederländischen Radioteleskop LOFAR (Low Frequency Array) gemessen wurden, an dem das KIT sich beteiligt.
„Dank der hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung von LOFAR können wir die Ausbildung von Blitzen in einer völlig neuen Größenordnung bis hinein in die primären Prozesse untersuchen“, erklärt Dr. Brian Hare von der Universität Groningen und Erstautor der Veröffentlichung im Fachjournal "Nature". LOFAR besteht aus tausenden Antennen, die über Europa verteilt sind – ein Array, das in erster Linie für astronomische Beobachtungen entwickelt wurde, mit dem mittlerweile aber auch die kosmische Strahlung gemessen wird. Hierbei werden die in der Atmosphäre von den kosmischen Teilchen ausgelösten Signale an den einzelnen Antennen in Puffern zwischengespeichert und anschließend für verschiedene Analysen ausgelesen. "Diese am KIT vorangetriebene Technologie kommt nun auch bei der Messung und Speicherung von Radiosignalen zum Einsatz, die von Blitzen ausgehen", erläutert KCETA-Wissenschaftler Dr. Tim Huege vom Institut für Kernphysik des KIT und Mitglied des "LOFAR Cosmic Ray Key Science Projects".

3-D-Animationen der Blitzentwicklung im Radiolicht
Credits: Stijn Buitink (Vrije Universiteit Brussel) und Brian Hare (University of Groningen)
Animation 1
Zeitlupe eines entstehenden Blitzes, der in Realität 0,2 Sekunden dauert und etwa 5 Kilometer in alle Richtungen umspannt. Die gelben Punkte geben aktuelle Radiosignale wieder, die weißen zur Illustration die vergangenen.
Animation 2
Nahaufnahme eines Plasmakanals, der in Realität 0,1 Sekunden anhält und 400 Meter durchspannt. Eine der neuentdeckten nadelförmigen Strukturen ist rot gekennzeichnet.

Originalveröffentlichung:
Brian Hare, Olaf Scholten et al. Needle-like structures discovered on positively charged lightning branches. Nature, 18 April 2019, https://www.nature.com, DOI: 10.1038/s41586-019-1086-6.

Kleine Auswahl der zahlreichen Veröffentlichungen:
Science Magazine, Spiegel online, n-tv, KIT-Campus-Report

Presseinformation des KIT

Young scientists cheer after installing the first antenna for the AugerPrime radio upgrade!
Also on site: KSETA PhD student and member of the Helmholtz International Research School (HIRSAP) Felix Schlüter (second from left).

The radio upgrade, which is part of the AugerPrime upgrade, is a very important part of the future research of the Pierre Auger Observatory by adding array-based composition sensitivity for large zenith angles, for which the scintillator upgrade is not effective. Having good composition-sensitive information up to very large zenith angles is crucial for composition-improved anisotropy studies and adds to the overall aperture of the observatory.

Beim Murchison Widefield Array (MWA) am Murchison Radio-Astronomie-Observatorium (MRO) im westlichen Australien wurde ein Testdetektor für die Untersuchung kosmischer Strahlung errichtet. Dieser "Proof of Concept"-Detektor ist der erste Schritt bei der Entwicklung eines koinzidenten Detektorfeldes für das niederfrequente Square-Kilometre-Array-Teleskop (SKA1-low), das bei der MRO gebaut werden soll. Längerfristig werden diese Detektoren verwendet, um das MWA zu triggern, den Radiopuls zu erfassen, der mit einem ankommenden kosmischen Luftschauer verbunden ist. Diese Synergie aus Radioastronomie und Astroteilchenphysik verwendete für den Teilchendetektor Teile des inzwischen abgebauten Experiments für kosmische Strahlung KASCADE am KIT.

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The University of Manchester
Curtin University
Australia Telescope National Facility