JARA-FAME

 

Das Kürzel der Sektion FAME steht für „Forces and Matter Experiments“. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Sektion widmen ihre Experimente der Erforschung der Kräfte und der Materie, die dazu geführt haben, dass wir existieren.

Denn wenn beim Urknall genauso viel Materie wie Antimaterie erzeugt wurde, hätte sich eigentlich beides anschließend vollständig zu Strahlung vernichten müssen. Die Tatsache unserer Existenz wirft deshalb die folgenden Fragen auf:

• Haben sich Materie und Antimaterie getrennt? Existieren in unserem Universum Bereiche, die nur aus Antimaterie bestehen?
• Oder falls nicht, wie ist es zu der Materie-Antimaterie-Asymmetrie im Universum gekommen?
• Welche Mechanismen haben dazu geführt, dass sich die Materie durchgesetzt hat?

Zur Beantwortung dieser zentralen Fragen arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in verschiedenen Projekten:

Suche nach Antimaterie im Universum

Das Alpha-Magnet-Spektrometer, AMS, auf der Internationalen Raumstation ISS untersucht die geladene kosmische Strahlung außerhalb der Erdatmosphäre mit bisher unerreichter Präzision. Ließe sich dabei beispielsweise auch nur ein einziger Antikohlenstoffkern im All entdecken, so wäre dies ein eindeutiger Beweis für die Existenz von Sternen aus Antimaterie. Die Daten des Experiments werden in einer Kooperation mit JARA-HPC am Jülich Supercomputing Centre ausgewertet. Ein kürzlich veröffentlichtes Ergebnis ist der Hinweis auf eine neue Positronenquelle, den Antiteilchen zu den Elektronen. Dazu wurden etwa zehn Millionen der vom Teilchendetektor AMS in den letzten drei Jahren gemessenen 41 Milliarden Ereignisse kosmischer Strahlung als Elektronen oder Positronen identifiziert.

Suche nach Unterschieden zwischen Materie und Antimaterie

Bis dato entdeckte Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie reichen bei Weitem nicht aus, um das Überleben einer ausreichenden Menge an Materie nach dem Urknall zu erklären. Ein permanentes elektrisches Dipolmoment, EDM, in Protonen und leichten Kernen würdeeinen weiteren Unterschied belegen. Hierzu forscht das Projekt „Jülich Electric Dipole Moment Investigation – JEDI“ derzeit am Teilchenbeschleuniger COSY. Ziel dieser Studien ist der Bau eines neuartigen Beschleunigerrings, der Messungen mit bisher unerreichter Präzision erlauben soll.

Suche nach Unterschieden zwischen Neutrinos und Antineutrinos

Vielversprechende Erkenntnisse erhofft man sich darüber hinaus durch die Suche nach Unterschieden zwischen Neutrinos und Antineutrinos. Im Zentrum des Interesses stehen die drei Neutrino Generationen – Elektron-, Myon- und Tau-Neutrino. Welches das schwerste beziehungsweise leichteste Neutrino ist, erforscht JARA-FAME zukünftig an dem sich im Bau befindendlichen „Jiangmen Underground Neutrino Oberservatory – JUNO“ im Süden Chinas.

Neben Beiträgen zu diesen drei Experimenten verbinden die drei Querschnittsthemen Theorie, Datenverarbeitung und Detektorentwicklung die Sektion, in die Jülich und Aachen sich jeweils perfekt ergänzende Kompetenzen einbringen.