Herzlich Willkommen im Institut für Kernphysik

Die Forschung am Institut für Kernphysik dreht sich um die Untersuchung der Grundbausteine der Materie, insbesondere um ein Verständnis der sogenannten starken Kraft und ihrer Konsequenzen für die Kern- und Teilchenphysik.

Herzstück der experimentellen Untersuchungen ist das Mainzer Mikrotron MAMI, ein
Elektronen-Beschleuniger für Energien bis zu 1.6 GeV. Weiterhin arbeiten Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler des Instituts für Kernphysik an der theoretischen Beschreibung und
Interpretation der experimentellen Ergebnisse sowie an auswärtigen Experimenten u.a.
Peking (IHEP), in Darmstadt (GSI) und Genf (CERN).

Aktuelle Meldungen – FB 08 – Kernphysik

Mainzer Kernphysikerin für vorbildhafte Leistungen in Lehre und Forschung ausgezeichnet

01.12.2023

Foto/©: Astrid Garth / Akademie der Wissenschaften und der Literatur Mainz

Prof. Dr. Concettina Sfienti vom Institut für Kernphysik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) hat den mit 25.000 Euro dotierten Akademiepreis des Landes Rheinland-Pfalz erhalten. Die Auszeichnung wird von der Akademie der Wissenschaften und der Literatur Mainz und dem Land Rheinland-Pfalz jährlich an Persönlichkeiten vergeben, die im Bereich der Hochschulen des Landes herausragendes Engagement im Rahmen ihres Fachs gezeigt haben. Prof. Dr. Concettina Sfienti sei nicht nur eine exzellente und erfolgreiche Forscherin, so die Vorsitzende der Jury, Prof. Dr. Margret Wintermantel, in ihrer Laudatio, sondern zugleich eine begeisternde Lehrende, die durch ihren Enthusiasmus und ihr Engagement in Lehre und Öffentlichkeitsarbeit immer wieder junge Menschen für die Wissenschaft und insbesondere für ihr faszinierendes Fachgebiet begeistert. Als leidenschaftliche Experimentatorin sei sie nicht nur an Forschungsinhalten, sondern auch an der Ausprägung neuer Experimentiertechniken sowie an der möglichen Anwendung ihrer Erkenntnisse interessiert.

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31.10.2023

Im November 2023 gibt es wieder eine Woche voller spannender Veranstaltungen zur Teilchenphysik: Die bundesweite „Woche der Teilchenwelt“ organisiert vom Netzwerk Teilchenwelt!
Und auch die Johannes Gutenberg-Universität in Mainz ist dabei – mit einer Teilchenphysik Masterclass und einer virtuellen Führung bei unserem Elektronenbeschleuniger MAMI.

Alle Informationen zu den Veranstaltungen und der Anmeldung gibt es hier.

27.10.2023

Foto: W. Gradl

Im historischen Gebäude des Erbacher Hofs in der Mainzer Altstadt fand vom 16. bis 20. Oktober 2023 die „International Conference on Meson-Nucleon Physics and the Structure of the Nucleon (MENU 2023)“ statt. Mehr als 140 Teilnehmer und Teilnehmerinnen aus 15 Ländern diskutierten dort in 26 Plenar- und 77 Parallelsitzungsvorträgen ihre Forschungsergebnisse zu Themen aus dem Gebiet der Hadronenphysik sowie verwandter Bereiche. Eine große Rolle spielten auch zukünftige Entwicklungen in diesem Forschungsgebiet, wie zum Beispiel der Electron-Ion-Collider in den USA und der Mainz Energy Recovering Accelerator MESA in Mainz sowie neue zukunftsweisende Entwicklungen in der Theorie.

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26.10.2023

Um den neuen Elektronenbeschleuniger MESA betreiben zu können, wird neben den eigentlichen Beschleunigerkomponenten auch eine umfangreiche technische Infrastruktur benötigt: so zum Beispiel ein auf verflüssigtem Helium basiertes Kryosystem zur Kühlung der supraleitenden Beschleunigereinheiten. Dieses Kryosystem wurde von den Wissenschaftler:innen und Technikern des Instituts für Kernphysik rückgewinnend konzipiert, d.h. der Anteil des flüssigen Heliums, der während des Kühlprozesses verdampft, wird anschließend wieder einer Verflüssigungsanlage zugeführt und kann somit wiederverwendet werden. Eine zentrale Komponente hierfür ist der sogenannte subatmosphärische Kompressor, der nun erfolgreich von den Mitarbeitern unserer technischen Betriebseinheit „Vakuum“ gemeinsam mit der Herstellerfirma installiert wurde. Dieser große Kompressor mit einer Grundfläche von ca. drei auf sechs Metern wird verwendet, um das im System verdampfte Helium vor der Rückführung zum Verflüssiger zunächst von einem Druck von etwa 16 mbar wieder auf Atmosphärendruck (~1 bar) zu verdichten, bevor es dann über eine weitere Kompressorengruppe auf den Arbeitsdruck des Verflüssigers von ca. 10 bar gebracht werden kann.

11.10.2023

Mächtige Magnete für MAGIX

Kernkomponenten für anlaufendes MESA-Experiment MAGIX in Mainz eingetroffen

Foto: Kathrin Schlimme

Eines der Leuchtturmprojekte des Mainzer Exzellenzclusters PRISMA+ ist der Bau des neuen energierückgewinnenden Teilchenbeschleunigers MESA, der zukünftig Experimente mit bisher unerreichter Präzision ermöglichen wird. Eines dieser Experimente trägt den Namen MAGIX und ist ein ausgeklügelter Spektrometeraufbau, mit dem die Wissenschaftler*innen einige der grundlegendsten Fragen der modernen Physik beantworten wollen: Wie groß ist das Proton wirklich? Können wir Anhaltspunkte für dunkle Photonen finden? Können wir die Fusion von Kohlenstoff und Helium zu Sauerstoff in Sternen genauer verstehen? Jetzt sind mit zwei jeweils 18 Tonnen schweren Magnetsystemen ganz entscheidende Bauteile für MAGIX in Mainz eingetroffen.

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07.08.2023

Die „European Conference on Few-Body Problems in Physics“ fand bereits zum 25. Mal statt – dieses Jahr auf dem Campus der JGU Mainz. Mehr als 150 Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen aus aller Welt diskutierten dabei über fünf Tage in 13 Sessions aktuelle Fragen aus den Bereichen der Hadronen und (Hyper-)Kernphysik, der kalten Atome und Quantenphysik, der Wenig-Körper-Systeme und anderen mehr. Um einen möglichst umfassenden Diskurs zu ermöglichen, wurden ukrainische Forscher:innen online zugeschaltet , da es ihnen wegen des Krieges in der Ukraine nicht möglich war vor Ort dabei zu sein.

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01.08.2023

Nach jahrelanger Entwicklungsarbeit wurde der neue Pixel Vertex Detektor (PXD2) im internationalen Belle-II Experiment am SuperKEKB Elektron-Positron Beschleuniger in Japan erfolgreich installiert. An der Gestaltung und Konstruktion war auch die Arbeitsgruppe von Concettina Sfienti am Institut für Kernphysik beteiligt. Unter Mainzer Federführung wurde die Echtzeit-Überwachung der Datenqualität umgesetzt und wichtige Bereiche der Software zur Steuerung des PXD2 programmiert. Außerdem wurden Sensormodule bei MAMI auf ihre Strahlenhärte getestet.

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04.07.2023

Vom 26.06.23 bis 30.06.23 fand der diesjährige Workshop des “Proton Radius European Network” (PREN 2023) und der „Muonic Atom Spectroscopy Theory Initiative“ (µASTI) in den Räumlichkeiten des HIM an der JGU Mainz statt. Über 50 Wissenschaftler aus mehr als einem Dutzend Ländern diskutierten in den fünf Tagen ihre Forschung zum Aufbau von Nukleonen und Kernen, sowie der Suche nach Neuer Physik, durch die Konfrontation von präzisen Theorievorhersagen mit Experimenten der Elektronenstreuung und der Spektroskopie von teils exotischen Atomen und Molekülen. „Insgesamt hatten wir ein sehr vielseitiges Programm mit vielen spannenden Diskussionen, die motivieren und inspirieren in Zukunft noch enger an den gemeinsamen Fragestellungen zu arbeiten. Wir freuen uns schon auf die nächste Veranstaltung.“, resümierten die lokalen Veranstalter Franziska Hagelstein (Institut für Kernphysik) und Randolf Pohl (Institut für Physik).

17.05.23
Wir gratulieren Herrn Dr. Mirco Christmann zur abgeschlossenen Dissertation mit dem Titel

"Design Studies for the Beam Dump Experiment DarkMESA"

In seiner Doktorarbeit hat Mirco Christmann aus der Arbeitsgruppe von Prof. Achim Denig eine vollumfängliche Designstudie für eines der drei im Bau befindlichen Experimente für MESA - dem DarkMESA-Experiment - durchgeführt. Dabei wird der Strahlfänger von P2 als Target für die mögliche Produktion von leichten Dunkle-Materie-Teilchen verwendet. Im DarkMESA-Detektor, der sich gut abgeschirmt mehr als 20 Meter hinter dem Strahlfänger befindet, besteht die Möglichkeit, die Dunkle-Materie-Teilchen durch Wechselwirkung mit den Elektronen im Detektormaterial nachzuweisen.

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Wir gratulieren Herrn Dr. Robert Heine, der mit seiner Antrittsvorlesung zum Thema

Der Milliampere Booster MAMBO oder „Wie baut man einen lnjektorlinac für MESA ?"

seine Habilitation erfolgreich abschließen konnte.

Mehr zum neuen Elektronenbeschleuniger MESA und den geplanten Experimenten gibt es hier.

In der Gutenberg Akademie der Johannes Gutenberg-Universität werden regelmäßig bis zu 25 herausragende Doktoranden und Doktorandinnen sowie Künstler und Künstlerinnen gefördert. Neben dem interdisziplinären Austausch und der finanziellen Förderung von beispielsweise Tagungsteilnahmen, können die Juniormitglieder vor allem durch den Austausch mit etablierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, sowie anderen renommierten Personen aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft profitieren.

Um als Juniormitglied in die Gutenberg Akademie aufgenommen zu werden, muss ein zweistufiger Auswahlprozess durchlaufen werden. Wir freuen uns, dass dieses Jahr Saskia Plura, Doktorandin in der Gruppe von Prof. Achim Denig, hierbei erfolgreich war!

Saskia Plura beschäftigt sich in ihrer Promotion mit Suchen nach leichten Dunkle- Materie-Teilchen in existierenden Daten des BESIII-Experimentes und bereitet darüber hinaus mit Hilfe detaillierter Simulationsstudien zukünftige Suchen nach solchen Teilchen an dem DarkMESA-Experiment vor.

Näheres zur Gutenberg Akademie und der diesjährigen Auswahlrunde finden Sie hier.

18.04.2023

Wir gratulieren Frau Dr. Oleksandra Deineka zur abgeschlossenen Dissertation mit dem Titel Coupled-channel dynamics in hadronic systems.

Die Doktorarbeit von Oleksandra Deineka ist dem Ansatz der Dispersionsrelation gewidmet, der auf den Eigenschaften der Unitarität und Analytizität der Streumatrix beruht.  Wir wenden ihn an, um die Pion-Pion- und Pion-Kaon-Streuung zu untersuchen, bei der die leichtesten Skalarresonanzen auftreten. Die Kenntnis der Pion-Pion-Amplitude ermöglicht uns eine Analyse der doppelt-virtuellen Photon-Photon-Streuung an zwei Pionen, die zum hadronischen Halpern-Streuungsanteil des anomalen magnetischen Moments des Myons beiträgt. Wir betrachten auch die Zwei-Photonen-Fusionsreaktion mit einem D-Mesonen-Paar im Endzustand, von dem erwartet wird, dass es zwei Charmonium-Resonanzen enthält.

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Theoretische Vorhersagen und neue, mit großer Genauigkeit gemessene experimentelle Daten an \(^4He\) klaffen auseinander

18.04.23

Am Mainzer Teilchenbeschleuniger MAMI hat die A1-Kollaboration im Rahmen der Doktorarbeit von Dr. Simon Kegel die Anregung eines α-Teilchens, dem Atomkern eines \(^4\)He-Atoms, von seinem Grundzustand zum ersten angeregten Zustand neu und mit bisher unerreichter Genauigkeit systematisch vermessen. Die Gegenüberstellung von Experiment und aktuellen Berechnungen aus der zugehörigen Niederenergie-Theorie zeigt, dass die Anregung von α-Teilchen basierend auf dem heutigen Verständnis von Kernkräften nicht korrekt beschrieben wird – und wirft damit viele Fragen auf. Der wissenschaftliche Artikel wurde als Empfehlung der Herausgeber in der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

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06.03.2023

Am 27.04.2023 findet wieder der bundesweite Girls‘ Day statt, bei dem Mädchen MINT-Studiengänge und Berufe kennenlernen können. Auch die JGU bietet wieder ein vielseitiges Programm – wie z.B. die Führung durch den Teilchenbeschleuniger MAMI bei uns am Institut für Kernphysik. Kommt mit uns auf eine Tour durch die unterirdischen Hallen des Beschleunigers und schaut euch an, woran man als Physikerin arbeiten kann!

Alle Informationen sowie die Anmeldung findet ihr hier.

Zwei Masterarbeiten sind in der Ausschreibung 2022 im "BestMasters"-Programm bei Springer Spektrum erschienen
Beide Abschlussarbeiten im M.Ed.-Studiengang Physik wurden unter Anleitung von Prof. Dr. Stefan Scherer erstellt. Die Arbeit von Lukas Scharfe wurde in Kooperation mit Dr. Moritz Rahn vom Institut für Mathematik an der JGU betreut und gleichzeitig als Abschlussarbeit für den B.Sc. Mathematik anerkannt.

Am 11. Februar ist der internationale Tag der Frauen und Mädchen in der Wissenschaft: Ein guter Anlass um unsere neue Nachwuchsgruppenleiterin Dr. Franziska Hagelstein und ihre Forschung vorzustellen. Franziska Hagelstein studierte Physik an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und promovierte dort 2017 unter Betreuung von Prof. Marc Vanderhaeghen und Dr. Vladimir Pascalutsa im Bereich der theoretischen Kernphysik. Nach mehrjährigen Forschungsaufenthalten an der Universität Bern und dem Paul Scherrer Institut in der Schweiz kehrte sie 2022 an die JGU zurück und leitet seitdem am Institut für Kernphysik die Emmy Noether-Nachwuchsgruppe „Hadronische Beiträge zu Präzisionsobservablen und der Suche nach Neuer Physik“. Aktuell betreut sie zwei Doktorand:innen und wird bei ihrer Forschung von einem Postdoc – Dr. Vadim Lensky – unterstützt.

Nach eigener Aussage ist die JGU für ihre Forschung ein geradezu optimaler Ort, denn zum einen findet sie hier einen inspirierenden Austausch mit den Kolleg:innen in der großen Theoriegruppe und hat gleichzeitig die Nähe zu Kollaborationen aus der experimentellen Kern- und Atomphysik, wie zum Beispiel bei den Experimenten für Protonen Form Faktor- (A1-Kollaboration, JGU) und Protonen Polarisierbarkeits-Messungen (A2-Kollaboration, JGU)  am Elektronenbeschleuniger MAMI, oder den Spektroskopie Experimenten an normalen und myonischen Atomen (Gruppe um Prof. Randolf Pohl, JGU). Besonders spannend dabei ist, dass diese Experimente eine zentrale Rolle im sogenannten Proton-Radius-Rätsel („proton radius puzzle“) spielen.

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27.09.2022

Wir gratulieren Frau Bianca Scavino zur abgeschlossenen Dissertation mit dem Titel

"Development of Λ baryons reconstruction and its application to the search for a stable hexaquark at Belle II"

Diese Arbeit befasst sich mit der Suche nach einem hypothetischen Teilchen, das aus sechs Quarks besteht, im Rahmen des Teilchenphysikexperiments Belle II in Japan. Die mögliche Existenz eines solchen Zustands kann uns helfen, das Verhalten der Materie unter extremen Bedingungen besser zu verstehen.
Die Arbeit lässt sich in zwei Hauptteile gliedern: die Optimierung der Belle-II-Software, die bei der Rekonstruktion von Spuren eingesetzt wird, die weit vom Hauptwechselwirkungspunkt entfernt sind, und die anschließende Sensitivitätsstudie für die Suche nach diesem Sechs-Quark-Zustand, die sich stark auf solche Spuren stützt.

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19.09.22

(c) Landeshauptstadt Mainz

Eine unterhaltsame und lehrreiche Fahrt erlebten die Gäste der Mainzer Science Tram am vergangenen Freitag Nachmittag. Verschiedene Mainzer Wissenschaftler:innen brachten ihnen auf der Rundfahrt durch Mainz ganz unterschiedliche Forschungsgebiete näher. Mit dabei war auch Professor Achim Denig vom Institut für Kernphysik mit seinem Vortrag „Quarks & Co – Die fabelhafte Welt der kleinsten Teilchen“. Mit einem Augenzwinkern wies er das Publikum zu Beginn darauf hin, dass es in dem Vortrag natürlich nicht um (Speise)quark gehen soll, sondern um die Bausteine, aus denen sämtliche Materie, egal ob Menschen, Galaxien oder eben Speisequark, zusammengesetzt ist. In den vergangenen Jahrzehnten ist es in der Kern- und Teilchenphysik gelungen, die Grundbausteine der Materie - die sogenannten Elementarteilchen - zu identifizieren und ihre Wechselwirkung untereinander im Standardmodell der Teilchenphysik zu beschreiben. Zu diesen elementaren Teilchen gehören eben auch die Quarks, die in sechs Sorten existieren und die die Grundlage für die Protonen und Neutronen bilden.

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08.09.22

Das Institut für Kernphysik ist dabei auf der Mainzer Science Week! Bei einer Führung am 17.09.22 haben Sie die Möglichkeit das Mainzer Mikrotron MAMI, einen Elektronenbeschleuniger, auf dem Campus der JGU  zu erleben. Wir zeigen Ihnen welchen Weg die Elektronen durch den Beschleuniger von Ihrer Erzeugung bis zu den verschiedenen Experimenten nehmen, erklären Ihnen das Prinzip eines Rennbahn-Mikrotrons und geben Ihnen einen Einblick in die Experimente, mit denen wir unsere Forschung betreiben.

Begeben Sie sich mit uns 11m tief unter die Erde und erleben Sie beeindruckende Technik und spannende Physik!

Informationen zur Anmeldung und die organisatorischen Details finden Sie auf der Website zur Mainzer Science Week. Die Zahl der Teilnehmer:innen ist beschränkt.

24.08.2022

Forschung an der Grenze des Wissens braucht nicht nur exzellente Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen, sondern auch eine umfangreiche technische Infrastruktur mit sehr gut ausgebildeten Fachkräften. Daher wurden am Institut für Kernphysik schon seit vielen Jahren junge Menschen in technischen und handwerklichen Berufen ausgebildet, wie z.B. zum Fachinformatiker.

In diesem Jahr konnten Jonas Bissantz und Jonas Steiner erfolgreich ihre Ausbildung zum Fachinformatiker mit Fachrichtung Systemintegration am Institut für Kernphysik abschließen. Herr Bissantz hatte sich für seine betriebliche Projektarbeit das Thema "Integration einer IP-KVM Lösung zur Fernwartung von Servern und Arbeitsplatzrechner" ausgesucht, eine preisgünstige "Keyboard-Video-Mouse" Hardware auf Basis von RaspberryPis. Herr Steiner hat sich in seiner Abschlussarbeit mit der "Neurealisierung eines selbst gehosteten Lagerverwaltungssystems (LVS) auf bereits vorhandener Hardware" beschäftigt.

Wir gratulieren zum erfolgreichen Abschluss und wünschen alles Gute für den weiteren beruflichen Weg!