JARA-FAME - Das Schicksal der Antimaterie erforschen

Das Kürzel der Sektion FAME steht für „Forces and Matter Experiments“. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Sektion widmen sich der physikalischen Grundlagenforschung im Bereich der Kern- und Teilchenphysik. Die Experimente dienen der Erforschung der Kräfte und der Materie, die dazu geführt haben, dass wir existieren.
Denn, wenn beim Urknall genauso viel Materie wie Antimaterie erzeugt wurde, hätte sich eigentlich beides anschließend vollständig zu Strahlung vernichten müssen. Die Tatsache unserer Existenz wirft deshalb die folgenden Fragen auf:

  1. Haben sich Materie und Antimaterie getrennt? Existieren in unserem Universum Bereiche, die nur aus Antimaterie bestehen?
  2. Oder, falls nicht, wie ist es zu der Materie-Antimaterie-Asymmetrie im Universum gekommen? Welche Mechanismen haben dazu geführt, dass sich die Materie durchgesetzt hat?

Die Arbeiten der JARA-FAME Mitglieder gliedern sich hauptsächlich in zwei wissenschaftliche Säulen:

Suche nach Antimaterie im Universum
Installiert auf der Internationalen Raumstation (ISS), untersucht das Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS ) kosmische Strahlung außerhalb der Erdatmosphäre. Ließe sich dabei beispielsweise auch nur ein einziger Antikohlenstoffkern im All entdecken, so wäre dies ein eindeutiger Beweis für die Existenz von Sternen aus Antimaterie. Die Daten des Experiments werden in einer Kooperation mit JARA-HPC am Jülich Supercomputing Centre ausgewertet.

Suche nach Unterschieden zwischen Materie & Antimaterie
Bis dato entdeckte Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie reichen bei Weitem nicht aus, um das Überleben einer ausreichenden Menge an Materie nach dem Urknall zu erklären. Das Projekt JEDI – Jülich Electric Dipol Moment Investigation ist der Suche nach einem permanenten elektrischen Dipolmoment (EDM) in Protonen und leichten Kernen gewidmet. Ein solches EDM würde einen weiteren Unterschied zwischen Materie und Antimaterie belegen. Um ein elektrisches Dipolmoment nachzuweisen, forschen die Mitglieder von JARA-FAME am Teilchenbeschleuniger COSY.
Über die Suche nach einem EDM hinaus, erhofft man sich durch die Forschung nach Unterschieden zwischen Neutrinos und Antineutrinos vielversprechende Erkenntnisse. Im Zentrum des Interesses stehen die drei Neutrino Generationen (Elektron-, Myon- und Tau-Neutrino). Welches das schwerste beziehungsweise leichteste Neutrino ist, erforscht JARA-FAME zukünftig an dem sich im Bau befindenden „Jiangmen Underground Neutrino Oberservatory“ (JUNO) im Süden Chinas.

Neben Beiträgen zu den beschriebenen Experimenten verbinden die drei Querschnittsthemen Theorie, Datenverarbeitung und Detektorentwicklung die Sektion, in die Jülich und Aachen sich jeweils perfekt ergänzende Kompetenzen einbringen.