Vom Universum bis zum Elementarteilchen

Von riesigen Galaxienhaufen bis hin zu den kleinsten Teilchen der Materie reichen die Forschungsgegenstände der WissenschaftlerInnen im Forschungsschwerpunkt Astro- und Teilchenphysik.
Darstellung von zwei Modellspiralgalaxien in verschiedenen Stadien einer Kollision. [Foto: Wolfgang Kapferer, Institut für Astro- und Teilchenphysik]
Bild: Darstellung von zwei Modellspiralgalaxien in verschiedenen Stadien einer Kollision. [Foto: Wolfgang Kapferer, Institut für Astro- und Teilchenphysik]

Gemeinsam erforschen sie drei Bereiche der Physik, die durch die weltweit immer rascher fortschreitende Entwicklung sowohl fachlich als auch technologisch immer weiter zusammenwachsen:  Astrophysik, Teilchenphysik und Astroteilchenphysik. „Die Schnittmenge der aktuellen Fragestellungen in diesen Disziplinen ist – vor allem durch den vermehrten Einsatz von Großgeräten – so groß, dass wissenschaftliche Fortschritte nur durch Zusammenarbeit möglich sind“, erklärt Prof. Sabine Schindler, die als Leiterin des Instituts für Astro- und Teilchenphysik auch den gleichnamigen Forschungsschwerpunkt leitet.

 

Durch die Inbetriebnahme von Großgeräten wie dem Large Hadron Collider (LHC) der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) in Genf, großen Teleskopen und Satelliten sowie Supercomputern stehen die ForscherInnen des Schwerpunkts vor einem ernormen Entwicklungsschritt. Auch der Beitritt Österreichs zur europäischen Südsternwarte (ESO) stellt eine große Bereicherung für die ForscherInnen des Schwerpunktes dar. „Die ESO bietet uns die Nutzung modernster Infrastruktur, ohne die Spitzenforschung im Bereich der Astronomie überhaupt nicht vorstellbar wäre“, so Prof. Schindler.

 

Theorie und Praxis

Die Astrophysiker im Forschungsschwerpunkt erlangen ihre wissenschaftlichen Erkenntnisse durch eine Kombination von Beobachtungen und Simulationen. „Bei den Simulationen nehmen wir die Situation nach dem Urknall an und fügen dann nach und nach einzelne Faktoren aus der Beobachtung hinzu“, beschreibt Schindler die aufwendige Forschungsarbeit. Für die Simulationen geht man dabei von einem fast homogenen Universum aus – ein ähnlicher Zustand wie auf der Erde nach dem Urknall geherrscht hat. Im Anschluss lassen die WissenschaftlerInnen in ihren Simulationen die Schwerkraft wirken, was zur Bildung von Galaxienhaufen führt. In weiterer Folge werden dann nach und nach einzelne Faktoren in die Simulation mit eingebunden, die die PhysikerInnen aus ihren Beobachtungen kennen.

 

Elementare Fragen

Mit den kleinsten bekannten Bausteinen der Materie – den Elementarteilchen -  beschäftigen sich die WissenschaftlerInnen des ebenfalls im Schwerpunkt integrierten Bereichs Teilchenphysik. „Durch derzeit laufende Experimente wie beispielsweise ATLAS im CERN sind ganz neue Ergebnisse in diesem Forschungsbereich zu erwarten. So ist es beispielsweise möglich, dass Teilchen gefunden werden, die die sogenannte „dunkle Materie“ ausmachen. – Erkenntnisse von denen auch Astrophysiker wieder profitieren“, erklärt Prof. Schindler. Für das Experiment im Schweizer Großforschungsinstitut CERN, wo mithilfe von Teilchenbeschleunigern die Zusammensetzung der Materie untersucht werden soll, entwickelten WissenschaflterInnen des Forschungsschwerpunktes eine Software zur optimalen Detektion dieser interessanten Teilchen. 

 

Lange Forschungstradition neu belebt

Der Bereich der Astroteilchenphysik verbindet die Bereiche Astro- und Teilchenphysik. In dieser physikalischen Disziplin werden z.B. Quellen hochenergetischer Strahlung aus dem Kosmos detektiert und untersucht. Diese hochenergetische Strahlung kommt entweder in Form von gamma Quanten auf unsere Erde oder auch in Form von hochenergetischen Teilchen. Die Forschungen zu letzterer Strahlung, auch kosmische Höhenstrahlung genannt,  haben bereits eine lange Geschichte an der Universität Innsbruck: Diese Strahlung wurde vom Physiker Victor Franz Hess entdeckt, der von 1930 bis 1937 an der Universität Innsbruck forschte und lehrte und 1936 für diese Entdeckung mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde.  Mit der Berufung des Astroteilchenphysikers Prof. Olaf Reimer wurde dieser Forschungsbereich Anfang 2009 an der Uni Innsbruck neu belebt.

 

„Die gute Vernetzung der drei Teildisziplinen der Physik in unserem Forschungsschwerpunkt ist ein Garant dafür, dass wir durch die daraus entstehenden Synergieeffekte in Zukunft nicht nur mit der rasanten Entwicklung in unseren Forschungsbereich mithalten, sondern diese auch aktiv mitgestalten können“, zeigt sich Sabine Schindler von der vorhandenen Forschungskompetenz im Schwerpunkt überzeugt.

(sr)

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