Auf der Suche nach der dunklen Materie

Der US-amerikanische Elementarteilchenphysiker William Shepherd baut an der Uni Mainz eine Nach­wuchs­arbeits­gruppe auf, die Modelle, Methoden und Instru­mente für die Forschung auf der Suche nach der dunklen Materie weiter­ent­wickelt. Shepherd hat 2011 an der Uni­ver­sity of Cali­fornia in Irvine promo­viert und war zuletzt an der Niels Bohr Inter­national Academy der Uni Kopen­hagen in Däne­mark tätig. In verstärkt er die Arbeits­gruppe Theo­re­tische Hoch­energie­physik um Matthias Neubert. Shepherd ist einer von sechs Preis­träge­rinnen und Preis­trägern des Sofja-Kova­levs­kaja-Preises 2016 der Alexander-von-Humboldt-Stiftung, die sein Forschungs­vor­haben mit bis zu 1,65 Millionen Euro für die kommenden fünf Jahre unter­stützt.

Der Sofja-Kovalevskaja-Preis wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finan­ziert und von der Alexander-von-Humboldt-Stiftung vergeben. Er ist einer der höchst dotierten deutschen Wissen­schafts­preise und ermög­licht den ausge­zeich­neten Forsche­rinnen und Forschern wissen­schaft­liche Arbeit zu einzig­artigen Kondi­tionen: Fünf Jahre lang können sie – unab­hängig und ohne admini­strative Zwänge – ein eigenes Forschungs­projekt an einem Institut ihrer Wahl in Deutsch­land durch­führen und eine eigene Arbeits­gruppe auf­bauen. Ausge­zeichnet werden die wissen­schaft­lichen Spitzen­leistungen von besonders viel­ver­spre­chenden Nach­wuchs­wissen­schaft­lerinnen und Nach­wuchs­wissen­schaftlern aus dem Aus­land.

Die dunkle Materie gehört zu den großen Geheimnissen des Universums. Labor­experi­mente konnten sie bislang nicht nach­weisen, auch Detek­toren sprechen nicht auf sie an. Bemerk­bar macht sie sich indirekt, etwa dadurch, dass sie die Bildung von Struk­turen im frühen Uni­versum beein­flusst hat. Forscher schätzen, dass es mehr als fünf­mal so viel dunkle Materie gibt wie normale Materie, aus der Sterne und Planeten bestehen. Am Large Hadron Collider am CERN laufen Experi­mente, die neue Teil­chen ent­decken und der dunklen Materie auf die Spur kommen sollen. Shepherd entwickelt effi­ziente Methoden, um die dabei massen­haft anfal­lenden Daten zu analy­sieren. Er entwickelt außer­dem theore­tische Modelle, die es ermög­lichen, die Ergeb­nisse aus verschie­densten experi­men­tellen Methoden und Quellen zusammen­zu­führen und ihre inneren Zusammen­hänge zu ent­schlüsseln.

An der Uni Mainz forscht Neubert als wissenschaftlicher Gast­geber seit vielen Jahren inten­siv im Bereich der theore­tischen Physik zu funda­men­talen Wechsel­wirkungen und den Eigen­schaften von Elemen­tar­teil­chen. „Die Forschung von Shepherd bietet einen neu­artigen Ansatz für die Zusammen­führung der welt­weit durch­ge­führten Suchen nach dunkler Materie zu einem kohä­renten Bild. Dabei rückt er die am LHC am CERN gewonnen Daten ins Zentrum seiner Arbeiten, vernetzt sie jedoch mit Beob­ach­tungen bei sehr viel niedri­geren Energien. In dieser Kombi­nation könnte der Schlüssel zur Erfor­schung der dunklen Materie liegen", sagt Neubert. Die Arbeit von Shepherd ist zudem in den Mainzer Exzellenz­cluster „Preci­sion Physics, Funda­mental Inter­actions and Struc­ture of Matter“ PRISMA inte­griert, der in der aktu­ellen Exzellenz­ini­tiative des Bundes und der Länder mit rund 35 Millionen Euro gefördert wird.

JGU / RK