Neuer Neutrino-Detektor am Cern
Förderung für einen leistungsfähigeren Detektor für das Faser-Experiment.
Mit dem Ausbau des Large Hydron Collider am Cern in den kommenden Jahren steigen die Datenraten – zu viel für den aktuellen Neutrino-Detektor des „Faser“-Experiments. Er muss durch einen neuartigen, leistungsfähigeren Detektor ersetzt werden. Mithilfe einer Reinhart Kosellek-Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) in Höhe von einer Million Euro wird sich Physiker Matthias Schott von der Universität Bonn dieser Aufgabe stellen.
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Neutrinos gehören zu den am häufigsten vorkommenden Teilchen im Kosmos. Für Forschende sind diese fast masselosen Elementarteilchen aber nach wie vor eine Art „Geisterteilchen“. „Sie wechselwirken mit Materie so selten, dass sie Milliardenfach durch unseren Körper hindurchfliegen, ohne eine Spur zu hinterlassen“, sagt Matthias Schott vom Physikalischen Institut der Universität Bonn. „Das macht es extrem schwer, sie nachzuweisen.“ Im Jahr 2023 gelang es Forschenden des Faser-Experiments (Forward Search Experiment) am Large Hydron Collider (LHC) des europäischen Forschungszentrum Cern erstmals, Neutrinos, die bei Proton-Proton-Kollisionen erzeugt wurden, nachzuweisen. Mit diesem Experiment begann eine neue Ära der hochenergetischen Neutrino-Forschung: Das kompakte Detektor-Experiment eignet sich ideal, um Neutrinos nachzuweisen, die bei Kollisionen mit sehr hoher Energie entstehen.
In den nächsten Jahren wird der LHC nun aber zum High-Luminosity LHC ausgebaut, um seine Leistungsfähigkeit weiter zu steigern: Die heutige Kollisionsrate von 600 Millionen pro Sekunde wird dann um den Faktor drei bis vier steigen. Gleichzeitig vervielfacht sich die Datenmenge um etwa das Zwanzigfache. „Nach diesem Upgrade wird das aktuelle Detektorkonzept von Faser nicht mehr einsetzbar sein – die erwarteten Datenraten sind schlichtweg zu hoch“, erklärt Matthias Schott. „Im Rahmen des Koselleck-Projekts wird mein Team daher erstmals einen dedizierten, aktiven Neutrino-Detektor für den LHC entwickeln, der speziell für den Einsatz während der Hochluminositätsphase ausgelegt ist und mit den hohen Datenraten umgehen kann.“
Zum Einsatz kommt dabei eine Technologie, mit der die Forschenden in Bonn bereits umfangreiche Erfahrung gesammelt haben: sogenannte GridPix-Detektoren. „Diese ermöglichen es uns, Neutrinowechselwirkungen präzise zu vermessen“, sagt Schott. Damit könnte es gelingen, zu untersuchen, wie die beiden Sorten Elektron- und Myon-Neutrinos in einem bisher unerforschten Energiebereich wechselwirken. „Es könnte sogar erstmals ein experimenteller Hinweis auf Anti-Tau-Neutrinos gefunden werden. Solche Wechselwirkungen konnten bislang noch nie direkt nachgewiesen werden.“
Matthias Schott studierte an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und der Universität Cambridge Physik. Im Anschluss promovierte er im selben Fach an der Ludwig-Maximilian-Universität München, wo er auch als PostDoc tätig war. Von 2008 bis 2012 forschte Schott am Atlas-Experiment am Cern, bevor er als Juniorprofessor und Leiter einer Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe an die Universität Mainz wechselte. 2019 wurde er zum W3-Professor an der Universität Mainz berufen. Seit 2024 ist Matthias Schott an der Universität Bonn am Physikalischen Institut Professor für Experimentale Teilchenphysik. Er ist Mitglied in den Transdisziplinären Forschungsbereichen (TRA) „Modelling“ und „Matter“ der Universität Bonn.
U. Bonn / JOL
