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Innovative Berechnungsmethoden in der Teilchenphysik

Welche Vorhersagen lassen sich mit theoretischen Modellen treffen?

Unser gesichertes Wissen über die Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen spiegelt sich im Standardmodell der Elementarteilchenphysik wider. Mathematisch beruht das Standardmodell auf einer erstaunlich kompakten Formel. Es wurde in einer Vielzahl experimenteller Tests mit hoher Präzision bestätigt und gilt als eine der am besten überprüften Theorien der modernen Physik.

Das letzte fehlende Teilchen, das aus Gründen der mathematischen Konsistenz des Standardmodells postulierte Higgs-Boson, wurde im Juli 2012 am LHC nachgewiesen. Dieser Erfolg wäre ohne präzise theoretische Vorhersagen nicht möglich gewesen. Daran zeigt sich auch, wie wichtig das Wechselspiel zwischen theoretischer und experimenteller Physik ist.

Dennoch enthält das Standardmodell aus konzeptioneller Sicht einige Schwachpunkte. Um diese zu überwinden, haben Physikerinnen und Physiker viele neue Modelle konstruiert. In diesen erweiterten Modellen sind typischerweise sehr viele unbekannte Parameter enthalten. Jedoch sind auch für sie präzise Vorhersagen wichtig: um sie experimentell sowohl untereinander als auch vom Standardmodell zu unterscheiden – oder ganz ausschließen zu können.

Forschen wie ein Detektiv

Die Arbeit von Phänomenologen besteht darin, die konkreten Vorhersagen eines Modells zu berechnen, um diese dann mit experimentellen Messwerten zu vergleichen. Hauptsächlich arbeiten die Physiker mit Daten aus Beschleunigerexperimenten, wie sie etwa mit dem Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider am CERN durchgeführt werden.

Ihre Arbeitsweise gleicht dabei einem Detektivspiel: Wie kann man ein unbekanntes Teilchen am besten messen? Wie kann man experimentell verschiedene Modelle voneinander unterscheiden? Oder: Welche Messgrößen haben die größte Sensitivität für einen unbekannten Modell-Parameter?

Die Liste der Fragen lässt sich in viele Richtungen erweitern – und jede neue Antwort wirft neue, tiefergehende Fragen auf.

Themen der aktuellen Forschung:

  • Elektroschwache Theorie: Präzisionstests, Higgs-Physik, CP-Verletzung
  • Quantenchromodynamik: Präzisionsrechnungen und deren Automatisierung

Weitere Informationen zur Gruppe "Phänomenologie und Präzisionsrechnungen"

Aktuelle Meldungen

24.09.2018

Die theoretische Physikerin Giulia Zanderighi kommt als neue Direktorin ans Max-Planck-Institut für Physik (MPP). Die 43-jährige Wissenschaftlerin war zuletzt Professorin an der University of Oxford und forschte in der theoretischen Abteilung am CERN. Ihr Fachgebiet ist die mathematische...

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03.08.2016

Mit verschiedenen Experimenten überprüfen Forscher das derzeit gültige Standardmodell der Elementarteilchenphysik. Außerdem suchen sie nach Phänomenen, die sich jenseits des Standardmodells abspielen – nach "neuer Physik". Grundlage dafür sind theoretische Modelle, die vorgeben, wonach die...

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20.04.2016

Wo liegen die wichtigsten Themen und Trends in der theoretischen Physik? Dieser Frage gehen international renommierte Experten beim Symposium "New Developments in Theoretical Particle Physics" nach. Die Veranstaltung findet vom 18. bis 20. Mai 2016 am Max-Planck-Institut für Physik statt.

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Gruppenmitglieder

Name Funktion Durchwahl www

Hahn, Thomas, Dr.

Scientist 300

wwwth.mpp.mpg.de/members/hahn/

Hala, Amando

PhD Student 320

Lombardi, Daniele

PhD Student 201

Wiesemann, Marius, Dr.

Scientist 406

Zanderighi, Giulia, Prof. Dr.

Director 553