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Die experimentellen Beiträge des HEPHY zu drei Nobelpreisen

HEPHY hat innerhalb von 30 Jahren drei Mal entscheidende Beiträge zu neuen experimentellen Ergebnissen geliefert, die zur Vergabe von Nobelpreisen für Physik geführt haben.

Entdeckung der W- und Z-Bosonen

Der Nobelpreisträger Carlo Rubbia und die HEPHY Physikerin Claudia Wulz
C.E. Wulz (HEPHY) mit Nobelpreisträger Carlo Rubbia

Der Nobelpreis für Physik des Jahres 1984 wurde an Carlo Rubbia und Simon van der Meer für die Beiträge zu dem Projekt verliehen, das zur Entdeckung der W- und Z-Bosonen geführt hat. Carlo Rubbia hatte nicht nur die grundlegende Idee, er war auch der Leiter des UA1 Experiments, das die Messungen vorgenommen hatte. Simon van der Meer ermöglichte die Verwendung von Antiprotonen und leitete gemeinsam mit Roy Billinge das Beschleunigerprojekt.

Die Entdeckung der W- und Z-Bosonen hat ein neues Verständnis der schwachen Wechselwirkung geschaffen und somit die experimentelle Bestätigung des Standardmodells der Teilchenphysik gelegt. Dieses Model ermöglicht zum ersten Mal eine umfassende Beschreibung der fundamentalen Bausteine der Materie. Es sollte sich als sehr erfolgreich erweisen: auch nach 30 Jahren, zahlreichen Präzisionsmessungen und anderen Studien, konnten keine unerwarteten Effekte nachgewiesen werden. Dennoch kann man dieses Modell nur als einen ersten Schritt betrachten, denn in vielen Aspekten bleiben noch offene Fragen.

Das Institut für Hochenergiephysik war eines der Mitglieder der UA1 Kollaboration und hat wichtige Beiträge zum Kalorimeter und zum Datenaufzeichnungssystem geleistet. Kalorimeter gehören zu den wichtigsten Detektorteilen bei einem Experiment an einem Hadroncollider. Auch in der Datenanalyse konnten wichtige Resultate erarbeitet werden.

Entdeckung der Brechung der Symmetrie

Der Nobelpreisträger Makoto Kobayashi und der HEPHY Vizedirektor Christoph Schwanda
C. Schwanda (HEPHY) mit Nobelpreisträger Makoto Kobayashi.

Der Nobelpreis für Physik des Jahrs 2008 wurde an Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi und Toshihide Maskawa verliehen. Kobayashi und Maskawa wurden für die Entdeckung der Brechung einer Symmetrie, welche die Existenz von mindestens drei Familien von Quarks vorhersagt, ausgezeichnet. Entscheidend für die Zuerkennung des Preises war die Beobachtung dieser Symmetriebrechung bei den Experimenten Belle in Tsukuba, Japan, und Babar in Stanford, USA.

Diese Symmetriebrechung ist ein wichtiger Bestandteil der Erklärung eines der großen Rätsel der Physik. Es wird angenommen, dass beim Urknall Materie und Antimaterie in gleichem Umfang produziert wurden. Dennoch leben wir heute in einem Universum, das durch Materie dominiert ist. Die Symmetriebrechung, die von Kobayashi und Maskawa beschrieben wurde, ermöglicht es zu verstehen, wie die Antimaterie verschwunden sein könnte. Die Hintergründe dieses Mechanismus und das umfassende Verständnis dieses großen Rätsels sind weiterhin ein aktives Forschungsgebiet.

Das Institut für Hochenergiephysik ist eines der Mitglieder der Belle Kollaboration. Ganz entscheidend für die Beobachtung der gebrochenen Symmetrie waren die Messungen der CKM Matrixelemente |Vcb| und |Vub|, die unter der Leitung des Institutes durchgeführt wurden. Es wurden auch wichtige Hardwarebeiträge im Bereich der Ausleseelektronik erbracht.

Entdeckung des Higgs-Englert-Brout Mechanismus

Der Nobelpreisträger Peter Higgs und der HEPHY Direktor Jochen Schick
J. Schieck (HEPHY) mit Nobelpreisträger Peter Higgs

Der Nobelpreis für Physik des Jahres 2013 wurde an Peter Higgs und François Englert verliehen für die Entdeckung des theoretischen Mechanismus, der zu unserem Verständins des Ursprungs der Masse von fundamentalen Bausteine der Materie beiträgt. Dieser Mechanismus konnte vor kurzer Zeit durch die Entdeckung des vorhergesagten Teilchens bestätigt werden.

Die Entdeckung des Higgs-Bosons am LHC stellt einen wichtigen Meilenstein im Verständnis des Universums dar. Die Beobachtung des Teilchens bestätigt den Mechanismus der spontanen Symmetriebrechung, der erst eine konsistente quantenphysikalische Beschreibung der fundamentalen Bausteine ermöglicht. Die Klärung der Frage, ob dieses Teilchen dem im Standardmodell genau beschriebenen Bosons oder einem analogen Teilchen einer umfassenderen Theorie entspricht, muss in den kommenden Jahren geklärt werden. Weiters konzentriert sich die Forschung in der Teilchenphysik auf die Suche nach etwaigen Lücken und neuen Effekten, die zu einem fundamentaleren Verständnis der Natur führen sollen.

Das Institut für Hochenergiephysik ist eines der Gründungsmitglieder der CMS Kollaboration. Unser Engagement bei CMS erfolgt auf breiter Basis: wir haben Beiträge zur Konzeption, zur Hardware, Software und zum Betrieb des Experimentes geleistet. Bei der Physikanalyse ist das Institut insbesondere bei der Suche nach Physik jenseits des Standardmodells engagiert.