<strong>Hochhaus</strong>-<strong>Info</strong>und insbesondere das Verhalten von biologischen Zellenauf diesen Oberflächen untersucht.Strukturbildung und Selbstorganisation auf derNanometer-SkalaIn der Mikroelektronik besteht zunehmender Bedarf anHerstellungsverfahren für nanoskalige Leiterbahnen. Dabeispielen insbesondere bei der Chipfertigung elektrochemischeProzesse eine zentrale Rolle. Durch das vonuns entwickelte Verfahren können durch Selbstorganisationelektrochemisch ausgedehnte Arrays von Nanodrähtenhergestellt werden.In unserer Arbeitsgruppe an der Universität und auchim Forschungszentrum Karlsruhe haben wir immerdie Möglichkeit, Diplomarbeiten und Staatsexamensarbeitenaus einen breiten Themenbereich zu vergeben,so dass die verschiedensten Interessengebiete abgedecktwerden können. Ihr könnt jederzeit Prof. Schimmel(thomas.schimmel@physik.uni-karlsruhe.de) oder Dr.Obermair (christian.obermair@physik.uni-karlsruhe.de)deswegen telefonisch oder per E-Mail kontaktieren; oderihr kommt einfach im 8. Stock im <strong>Physik</strong>hochhaus vorbeiund wendet Euch an einen unserer Mitarbeiter. Weiterei<strong>Info</strong>s findet ihr unter http://www.schimmel-group.de.Institut für Experimentelle KernphysikVon den kleinsten Teilchen zu den höchstenEnergienDie Karlsruher Elementarteilchen- und Astroteilchenphysikerdes Instituts für Exerimentelle Kernphysik untersuchensowohl die fundamentalen Bausteine und Kräfteder Materie als auch die hochenergetische Strahlung, dieaus den Tiefen des Weltraums auf die Erde kommt. AlsWerkzeuge dienen Teilchenbeschleuniger und riesige elektronischeDetektoren. In irdischen Beschleunigern, die aninternationalen Großlabors wie CERN bei Genf, Fermilabbei Chicago und KEK in Tsukuba installiert sind,werden Elementarteilchen durch Magnete in Kreisbahnengezwungen und auf sehr hohe Energie beschleunigt. DieseEnergien reichen aus, um kleinste Strukturen der Materieaufzubrechen und neue schwere Teilchen zu erzeugen.Die größte Anlage ist der derzeit errichtete Large HadronCollider. Höhenstrahlung wiederum wird durch Supernovaexplosionenoder noch exotischere Prozesse erzeugt undauf extrem hohe Energien beschleunigt. Die Quellen undBeschleunigungsmechanismen sind ein Rätsel, das nochauf seine Entschlüsselung wartet.Karlsruher <strong>Physik</strong>erinnen und <strong>Physik</strong>er beteiligen sichin internationalen Kooperationen an Konzeption, Aufbauund Betrieb von Teilchendetektoren sowie an derAufarbeitung der Messergebnisse. Hervorzuheben sinddas CDF-Experiment am Fermilab, bei dem das bisjetzt schwerste bekannte Elementarteilchen, das Top-Quark, entdeckt worden ist, und das CMS-Experimentam CERN, für das die <strong>Physik</strong>er einen Halbleiterdetektorzum Nachweis des Higgsbosons und anderer Teilchenfertiggestellt hatten. Neu hinzugekommen ist eine KarlsruherAktivität am BELLE-Beschleuniger in Tsukuba,an dem Beauty-<strong>Physik</strong> bei hoher Präzision durchgeführtwird. Zum Bereich der Astroteilchenphysik zählt dasam Forschungszentrum Karlsruhe im Aufbau befindlicheKATRIN-Experiment, das die Masse des Elektronneutrinosmit bisher unerreichter Präzision bestimmen soll.Zur Untersuchung der Quellen und Zusammensetzungkosmischer Strahlung beteiligen sich Karlsruher <strong>Physik</strong>erfederführend am Betrieb des KASCADE-Grande-Experiments am Forschungszentrum Karlsruhe sowiean der Fertigstellung des internationalen Pierre-Auger-Observatoriums in Argentinien. Zur Untersuchung derdunklen Materie, die fast ein Viertel der Masse des Universumsausmacht, aber aus bisher unbekannten schwachwechselwirkenden Teilchen besteht, wird am Edelweiss-Experiment im unterirdischen Frejus-Tunnel bei Modaneund am geplanten AMS-Experiment auf der InternationalenRaumstation ISS gearbeitet.Mini-Urknall im Labor: Kollisionsereignis an dem im Baubefindlichen Large Hadron Collidor. Bei hochenergetischenKollisionen von Protonen entstehen neue Elementarteilchen,die mit elektronischen Großdetektoren nachgewiesenwerden. Das Bild zeigt eine Computersimulationeines solchen Ereignisses mit dem CMS-Detektor.8
Arbeitsgebiet <strong>Physik</strong> an Hadron-Kollidern mithöchsten SchwerpunktsenergienDie im Folgenden beschriebenen Aktivitäten stellen einender Schwerpunkte der Karlsruher Elementarteilchenphysikund Astroteilchenphysik dar, die im KIT-ZentrumElementarteilchen- und Astroteilchenphysik KCETA angesiedeltsind und zum Bereich der experimentellen Hochenergiephysikzählen. Hadron-Kollider sind Teilchenbeschleuniger,bei denen Protonen gegen Antiprotonen (Tevatronam Fermilab bei Chicago, USA) oder Protonengegen Protonen (Large Hadron Collider LHC am CERNbei Genf) geschossen werden. Die großen Schwerpunktsenergienerlauben es, neue, sehr schwere Elementarteilchenoder extrem seltene Prozesse zu entdecken. Insbesonderedas Higgs-Boson, welches im Rahmen des Standardmodellsfür die Massenerzeugung verantwortlich ist,gehört zu den seit langem gesuchten Elementarteilchen.Aber auch die Frage nach dem Ursprung der DunklenMaterie im Universum und nach der mysteriösen Materie-Antimaterie-Asymmetrie in der Natur gehören zu den Fragen,die an solchen Beschleunigern geklärt werden sollen.Solche Signale neuer <strong>Physik</strong> treten allerdings extrem seltenauf, weswegen sehr hohe Kollisionsraten (am LHC biszu 109/s) notwendig sind. Insbesondere diese Teilchenratenverlangen äußerst hohe Standards bei den Detektoren,von dem Detektormedium über die Ausleseelektronik zurDatenverarbeitung.Wir sind an allen Aspekten des Hadron-Kollider- Programmsbeteiligt: Entwicklung neuer Detektorkonzepte,Konstruktion und Inbetriebnahme von Detektorsystemenund physikalische Datenanalyse. Bei den Detektorenkonzentrieren wir uns auf Siliziumstreifendetektoren,beidenen wir in Karlsruhe auf langjährige Erfahrungzurückgreifen können, und der Entwicklung neuer Konzeptefür zukünftige Beschleuniger wie ILC und Super-LHC.Unsere physikalischen Schwerpunkte gliedern sich in vierTeile:• Suche nach dem Higgs-Boson und neuen schweren Teilcheninsbesondere im Rahmen der Supersymmetrie• Bestimmung der Eigenschaften des Topquarks (das vonKarlsruher <strong>Physik</strong>ern mitentdeckt worden ist)• Präzisionsstudien zur elektro-schwachen und starkenWechselwirkung• Studien zur Erzeugung und zu den Zerfällen vonBeauty-Hadronen, Suche nach Signalen von CP-Verletzungen außerhalb vom StandardmodellDas Tevatron ist mit einer erreichbaren Schwerpunktsenergievon 2000 GeV bis zum Beginn des LHC im Jahre 2009der stärkste Teilchenbeschleuniger der Welt. Dort wurde1995 das Topquark entdeckt. Das IEKP ist als einzigesdeutsches Institut an dem Großdetektor CDF beteiligt.Hauptschwerpunkt ist das Studium der Beauty-<strong>Physik</strong>,wo die Karlsruher Arbeitsgruppe vor allem im Bereich derSpektroskopie Pionierleistungen erbracht hat. Die Arbeitsgruppe,die im Bereich der Top-Quarkphysik und Higgs-Bosonsuche viele Beiträge geliefert hat, wird im laufendenJahr 2009 zur Datenanalyse am LHC überwechseln.Der LHC wird mit einer Schwerpunktsenergie von anfangs10000 GeV, ab dem Jahre 2010 mit 14000 GeV das Tevatronablösen. Das IEKP ist an der Konstruktion undder Inbetriebnahme des weltweit größten Siliziumstreifendetektorsim CMS-Experiment maßgeblich beteiligt. DerSpurendetektor setzt sich aus ca. 220 m2 Siliziumstreifendetektorenzusammen. Dies ist ein Faktor 30 größer alsalle bisher gebauten Mikrostreifendetektoren. Allerdingswerden bereits jetzt nach Fertigstellung des Detektors mitForschungs- und Entwicklungsarbeiten an Siliziumstreifendetektorenbegonnen, die am einer Hochratenerweiterungdes LHC zum Super-LHC eingesetzt werden können.Um uns schon frühzeitig mit der sehr komplexen Datenstrukturam LHC vertraut zu machen, führten wir in denvergangenen Jahren Computersimulationen zum Nachweisvon Higgs-Bosonen und SUSY-Teilchen sowie von Top-Quarks durch. Diese Aktivitäten werden mit Beginn derDatennahme durch Analysen mit realen Daten ersetzt.Allerdings werden wir, vor allem im Rahmen von Diplomarbeiten,weiterhin Simulationsstudien über Prozesseneuer <strong>Physik</strong> wie z.B. Signale eines Quarks der viertenGeneration oder eines schweren Z-Bosons durchführen,ehe wir die gewonnene Erfahrung dann bei der Suche inden Daten anwenden.Begleitet werden die Softwareaktivitäten vom Mitaufbauund Betrieb des Grid Computings am GridKa am ForschungszentrumKarlsruhe und am Tier3-Cluster an derUniversität.Zu allen Themengebieten werden Diplomarbeiten angeboten.Arbeitsgebiet: ”Dunkle Materie, was ist das?“Prof. Dr. Wim de BoerEs ist bekannt, dass die sichtbare Materie in Form vonSternen und Galaxien nur einen kleinen Teil der gesamtenEnergie des Universums ausmacht: nach neuesten Kenntnissenbesteht nur 5und 95wir nichts wissen. Man weissjedoch, dass dieser nichtsichtbare, ”dunkle“ Anteil aufgrundder Gravitationseffekte existiert und die Daten legendie Vermutung nahe, dass ein Teil aus massiven,schwach wechselwirkenden Teilchen besteht, die man generisch”Weakly Interacting Massive Particles“ oder kurzWIMPs genannt hat. Da solche Teilchen im StandardModell der Teilchenphysik nicht vorhanden sind, muss essich um eine neue Form der Materie handeln. Unter derAnnahme dass diese WIMPs im heißen frühen Universumentstanden sind, lässt sich die geringe Anzahldichteim heutigen Universum nur erklären, wenn die WIMPsdurch Annihilation mit sich selbst oder mit anderen Teilchenverschwunden sind. Bei der Annihilation der WIMPsin Quark-Antiquark-Paare entstehen als stabile TeilchenElektronen, Positronen, Protonen, Antiprotonen, Gammastrahlenund Neutrinos. Die Elektronen und Protonengehen verloren in dem See dieser Teilchen in einerGalaxie, aber die Antimaterieteilchen und Gammastrahlensind womöglich oberhalb des Untergrundes nachweisbar.Tatssächlich konnte unsere Gruppe in Karlsruhe zeigen,dass die diffusen galaktischen Gammastrahlen unter9