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Unsere Forschung

Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt die heute bekannten Materieformen
Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt die heute bekannten Materieformen (Grafik: V. Kintzel/MPP)

Woraus besteht das Universum? Warum gibt es Materie, aber keine Antimaterie? Was ist dunkle Materie, was ist dunkle Energie? Wie lässt sich die Physik von schwarze Löcher oder Supernovae erklären?

Das sind die großen Forschungsthemen, an denen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am MPP forschen. Noch wissen wir sehr wenig über das Universum. Sichere Erkenntnisse gibt es bislang nur zur sichtbaren Materie, die nur fünf Prozent des Universums ausmacht: Atome, Moleküle, Sterne und Galaxien.

95 Prozent des Universums liegen noch im Dunklen - buchstäblich: Wissenschaftler gehen davon aus, dass es weitere, nicht sichtbare Materie- und Energieformen gibt, die daher als "dunkel" bezeichnet werden.

Um Licht in dieses Dunkel zu bringen, erforschen unsere Physikerinnen und Physiker die kleinsten Bausteine unseres Universums: Elementarteilchen, die Materie bilden und miteinander in Austausch treten lassen. Das Gerüst dieser Forschung ist das Standardmodell der Physik.

Es enthält die bisher bekannnten Teilchenfamilien und die Kräfte, die zwischen den Teilchen wirken. Der jüngste Familienzuwachs ist das Higgs-Boson, das anderen Elementarteilchen Masse verleiht. 

Suche nach "neuer Physik"

Noch viele offene Rätsel: Der Krebsnebel, Überrest einer Sternexplosion im Jahr 1054 (Bild: ESO)

Mit dem Standardmodell lässt sich der bekannte Teil des Universums, also fünf Prozent, schlüssig erklären. Viele Fragen, wie die nach Antimaterie, nach dunkler Materie oder dunkler Energie bleiben damit aber unbeantwortet.

Auch Himmmelsobjekte wie Supernovae, Neutronensterne oder Schwarze Löcher stellen uns  vor Rätsel: Wie entstehen und entwickeln sie sich? Wie werden die gewaltigen Energiemengen frei, die wir mit Teleskopen beobachten können? Auch diese Fragen könnten sich mit Physik jenseits des Standardmodells beantworten lassen.

Unsere Wissenschaftler suchen nach dieser "neuen Physik". Die theoretische Physik arbeitet mit mathematischen Modellen, die auf der Quantenmechanik beruhen. Dazu gehören phänomenologische Studien ebenso wie die Weiterentwicklung aktueller Theorien aus der Astroteilchenphysik oder der Kosmologie. Eine besondere Bedeutung erfährt dabei die Stringtheorie, mit der sich zwei bisher unvereinbare Konzepte verbinden lassen: die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik.

Die experimentellen Physiker hingegen setzen auf innovative Technologien und Instrumente, um unbekannte Teilchen und Wechselwirkungen ausfindig zu machen. Beispiele dafür sind Experimente an Beschleunigern und hochsensible Detektoren, mit denen sich seltene Teilchen und Zerfälle aufspüren lassen.