Teilchen-, Kern- und Astrophysik

Der Schwerpunkt Teilchen-, Kern- und Astrophysik beschäftigt sich mit den größten und den kleinsten Stukturen im Universum. Dresdener Physiker:innen in diesen Gebieten untersuchen die physikalischen Gesetze, die den fundamentalen Elementarteilchen, den fundamentalen Kräften und dem Verhalten und den Eigenschaften von Sternen, schwarzen Löchern und dem Universum als Ganzem zugrunde liegen.

In der Elementarteilchenphysik arbeiten Wissenschaftler:innen experimentell und theoretisch am Verständnis der Natur auf subatomarem Niveau. Das Standardmodell beschreibt den heutigen Wissensstand der Elementarteilchenphysik. Dresdener Elementarteilchenphysiker:innen erforschen quantenfeldtheoretische Grundlagen des Standardmodells und mögliche Erweiterungen und offene Fragen. Eine solche Frage betrifft den Ursprung der Massen von Elementarteilchen.

Weiterhin beschäftigen sich die Forschenden mit theoretischen Grundlagen der Physik jenseits des Standardmodells, wie einer neuen Symmetrie - der so genannten Supersymmetrie - zwischen Teilchen und Kräften.

Bei Experimenten am Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf werden die fundamentalen Bestandteile der Materie erzeugt und in ihren Eigenschaften untersucht. Dabei hat man 2012 ein Higgs-Teilchen entdeckt, dessen Eigenschaften nun genauer vermessen werden müssen. Außerdem erwarten die Forschenden, möglicherweise neue Higgs-Teilchen oder von der Supersymmetrie vorhergesagten Teilchen zu finden.

Die Physiker:innen beteiligen sich an den Experimenten SNO+, COBRA und GERDA und untersuchen die Eigenschaften von Neutrinos. Ziel ist unter anderem zu überprüfen, ob Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen sind. Ein weiteres Forschungsgebiet ist die Präzisionsphysik von Leptonen, u.a. das magnetische Moment g-2 des Myons und Leptonflavour-ändernde Prozesse, die Erkenntnisse zu fundamentalen Symmetrien und Erweiterungen des Standardmodells liefern können.

Der Bereich der Kernphysik überspannt in Dresden ein breites Themenspektrum von extrem gut abgeschirmten Experimenten für die Neutrino- und Myonphysik bis zu Präzisionsmessungen von Kernreaktionen für die Astrophysik. Die Gruppen betreiben das Felsenkellerlabor, eine einzigartige Beschleunigeranlage am Dresdener Stadtrand.

Einen wichtigen Schwerpunkt stellt außerdem die Wissenschaftsvermittlung dar, die integraler Bestandteil der Forschung ist. Hier liegt der Fokus darauf, Forschungsinhalte und -methoden an verschiedene Zielgruppen zu kommunizieren, beispielsweise Jugendliche oder Lehrkräfte.

Die Gruppe der Astrophysik in Dresden ist eng verknüpft mit dem Deutschen Zentrum für Astrophysik in der Lausitz und spezialisiert sich insbesondere auf Röntgenastronomie, schwarze Löcher und die Entwicklung von Gravitationswellendetektoren.

Weitere Forschungsschwerpunkte umfassen die Anwendungen von ionisierender Strahlung in Medizin und Technik wie beispielsweise die Messung von Strahlendosen (Dosimetrie) oder Strahlungstransportrechnungen. Im Fokus der Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf stehen astrophysikalische Kernprozesse, die Krebstherapie mit Teilchenstrahlen, die nukleare Sicherheitsforschung sowie die Laser-Teilchenbeschleunigung.

Es arbeiten folgende Professuren und Arbeitsgruppen auf diesem Gebiet:

Am Institut für Kern- und Teilchenphysik:

• G. Hasinger, Astrophysik
• F. Siegert, Teilchenphysik (Professurvertretung) 
• D. Stöckinger, Phänomenologie der Elementarteilchen
• A. Straessner, Experimentelle Teilchenphysik
• K. Zuber, Kernphysik 
• U. Bilow, Wissenschaftsvermittlung
• T. Kormoll, Strahlungsphysik
• T. Cowan, Strahlenphysik (HZDR)
• D. Bemmerer, Nukleare Astrophysik (HZDR)
• S. M. Schmidt, Quantenstatistik stark korrelierter Systeme (HZDR)
• U. Schramm, Laser-Plasmaphysik (HZDR)
• A. Wallner, Beschleuniger-Massenspektrometrie und Isotopenforschung (HZDR)