Forschung

Wer immer wieder fragt: “Und woraus besteht das? Und wieso ist das so?”, der landet irgendwann in der Teilchenphysik. So ging es auch mir. Der Weg dahin ging über ein Physikstudium an der Justus-Liebig-Universität Gießen.

Zeit als DESY Summer Student

Bevor man sich an eine Diplomarbeit wagt hat man als Physiker die Chance, einen Sommer in einer Forschungseinrichtung zu verbringen. Dabei lernt man Studenten aus aller Welt kennen, erhält spezielle Vorlesungen, die Fachwissen vermitteln, an das man sonst nicht rankommt und darf sich selbst einer Forschungsgruppe anschießen. Ich verbrachte den Sommer 2008 in Hamburg am Forschungszentrum DESY. Dabei war der Gruppe des Max-Planck-Institutes München angeschlossen und arbeite unter der Betreuung von Günter Grindhammer am H1 Experiment. Meine Aufgabe war dabei die Untersuchung verschiedener Jet-Algorithmen und deren Parameter bei DIS (Deep Inelastic Scattering).

Diplomarbeit

Auch wenn die Physik an sich viele spannende Bereiche hat, entschied ich mich für eine Diplomarbeit am II. Physikalischen Institut in der Gruppe meines Diplomvaters Volker Metag. Zusammen mit den damaligen Doktoranden Michaela Thiel und Henning Berghäuser arbeitete ich am CB/TAPS Experiment in der A2-Kollaboration. Das Experiment steht am Elektronenbeschleuniger MAMI in Mainz: Elektronen werden auf eine Energie von 1,5 GeV beschleunigt und an einem Radiator zu Bremsstrahlung konvertiert. Diese Photonen werden auf ein Target geschossen, das im CB/TAPS Experiment steht. Aus der Energie der Teilchen werden eine Menge Teilchen produziert. In meiner Arbeit untersuchte ich die Produktion und den Zerfall der Omega-Mesonen. Während man Omega-Mesonen im Normalfall an einem Wasserstoff-Target produziert, wurden für meine Arbeit Targets aus Kohlenstoff und Niob benutzt. Dadurch hatte das Omega-Meson die Möglichkeit, bereits im Kern des Targets zu zerfallen. Da die Masse des Omega-Mesons dynamisch erzeugt wird und von der Energie Energie der Felder der Quantenchromodynamik abhängt, hätte diese Energie und damit auch die Masse sich ändern können, wenn das Meson sich in einem hadronischen (also über die Starke Kraft wechselwirkenden) Medium befindet. Vorhersagen gab es einige: Die Masse könnte im Medium größer sein oder auch kleiner. Oder sich auch garnicht ändern. Ich untersuchte das durch Messung des Produktionswirkungsquerschnittes als Funtion der Energie der einfallenden Photonen. Diese Messung heißt auch “Anregungsfunktion” und daher ergab sich für meine Diplomarbeit der Titel “Measurement of the Excitation Function for Omega Photoproduktion on Carbon and Niobium”.

Promotion

Weil es spannend ist, öfters mal was neues kennenzulernen, wechselte ich nach dem Diplom von der Uni Gießen an die Georg-August-Universität Göttingen. Auch wenn ich dort an einem neuen Institut anfing, war sein Name zufälligerweise der gleiche: II. Physikalisches Institut. Meine Kollaboration wurde etwas größer: Von A2 ging es zu ATLAS, einem der vier großen Experimente am weltgrößten Teilchenbeschleuniger LHC am Forschungszentrum CERN bei Genf. Statt 1500 MeV Energie hat der Teilchenstrahl hier 3500000 MeV. Und während das Omega-Meson noch aus leichten Quarks zusammengesetzt war, hatte der LHC genug Energie, um ein einzelnes Quark in Hülle und Fülle zu produzieren: Das Top-Quark. Das Top-Quark ist zum einen sehr interessant, weil es das schwerste Elementarteilchen ist und damit auch eine große Rolle bei der Untersuchung des Higgs-Bosons spielt. Denn das reagiert am liebsten mit schweren Teilchen. Noch dazu ist das Top-Quark so kurzlebig, dass es schneller zerfällt, als es mit einer Umwelt reagieren kann. Daher geben die Zerfallsprodukte unverfälschte Informationen über seine Eigenschaften, unter anderem auch seine Spin-Konfiguration. Weil man für deren Berechnung aber sehr detailliertes Wissen über die Produktion und den Zerfall des Top-Quarks und damit über die Starke und die Elektroschwache Kraft besitzen muss, ist es spannend, diese Vorhersagen zu testen. Top-Quarks werden immer in Top-/Antitop-Paaren produziert. Der Spin eines jeden Top-Quarks ist dabei zufällig. Allerdings sind die Spins korreliert, das heißt: kennt man den einen, sieht der andere mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit genauso aus. Oder eben anders. Wie stark die Korrelation ist, kann man berechnen. Und eben prüfen. Das ist meine Aufgabe: Messung der Spin-Korrelationin Top-Antitop-Paaren. Während die erste Messung bei ATLAS erfolgreich im dileptonischen Zerfallskanal durchgeführt wurde, habe ich im Lepton+Jets Kanal gemessen. Publiziert wurde das Ganze dann unter Phys. Rev. D. 90, 112016 (2014).

PostDoc Zeit

Seit November 2014 arbeite ich als akademischer Rat am II. Physikalisches Institut der Georg-August-Universität in Göttingen. Mein Forschungsschwerpunkt liegt in der Vermessung der Eigenschaften und Kopplungen des Top-Quarks.