Unsere Arbeitsgruppe forscht auf dem Gebiet der Astroteilchenphysik mit Neutrinos und ist Mitglied einer internationalen Kollaboration, die das IceCube Neutrino Observatorium am Südpol gebaut hat und betreibt. Die Arbeiten unserer Gruppe sind breit gefächert und umfassen
Des Weiteren sind wir in einem Kooperation mit der Geophysik bei der Untersuchung der seismischen Einflüsse beim Einstein Teleskop, einem Gravitationswellendetektor der dritten Generation, beteiligt.
Im Folgenden finden Sie einige Informationen über kosmische Neutrinos und ihre Beziehung zur kosmischen Strahlung sowie Gravitationswellen.
Die Quellen der ultrahochenergetischen Strahlung (Protonen und schwerere Kerne) geben seit mehr als einem Jahrhundert Rätsel auf. Die gemessenen Energien dieser geladenen Teilchen zeigen, dass es im Universum Objekte geben muss, die Teilchen auf das bis zu 10 Millionen-fache der Energie der stärksten irdischen Beschleuniger wie dem LHC am CERN beschleunigen können. Die Identität dieser Quellen und ihre Funktionsweise sind aber noch weitgehend unbekannt, da die geladenen Teilchen durch kosmische Magnetfelder abgelenkt werden und somit nicht mehr zu ihrem Ursprung zurückverfolgt werden können. Die Identifikation und Untersuchung dieser energiereichen Objekte (Kandidaten sind z.B. aktive galaktischer Kern, Supernova Überreste und Verschmelzung von Neutronensternen) stellt eines der zentralen Forschungsfelder in der Astroteilchenphysik dar.
Im Gegensatz zur kosmischen Strahlung sind Neutrinos elektrisch neutral und können somit direkt zu ihrer Quelle zurückverfolgt werden. Ebenfalls wechselwirken sie nur schwach und erreichen uns somit auch aus sehr großen Entfernungen und aus dichten Quellen. Diese Eigenschaften stellen aber gleichzeitig auch eine große Herausforderung für ihren Nachweis dar. Dieser erfolgt indirekt durch die Detektion des Cherenkov-Lichts, das von in Neutrinoreaktionen entstandenen geladenen Teilchen erzeugt wird. Um Neutrinos bzw. das Cherenkov Licht detektieren zu können, sind aufgrund der geringen Wechelwirkungswahrscheinlichkeit Detektoren mit einem sehr großen instrumentierten Volumen eines transparenten Mediums (z.B. Wasser oder Eis) vonnöten. Einer dieser Detektoren ist das IceCube Neutrino Observatorium im Antarktischen Eis am geographischen Südpol.
Gravitationswellen sind Wellen im Gefüge der Raumzeit, die durch einige der heftigsten und energiereichsten Prozesse im Universum erzeugt werden, z. B. durch Kollisionen zwischen schwarzen Löchern oder Neutronensternen. Der Nachweis dieser Wellen ist eine bahnbrechende Errungenschaft in der Astrophysik und eröffnet ein neues Fenster zur Beobachtung des Kosmos. Im Gegensatz zu elektromagnetischer Strahlung (wie Licht) werden Gravitationswellen nicht durch Materie behindert, so dass wir in Regionen des Weltraums blicken können, die bisher verborgen waren, und Ereignisse beobachten können, die in der Frühzeit des Universums stattfanden.
Die Entdeckung von Gravitationswellen ist von entscheidender Bedeutung, da sie eine neue Methode zur Untersuchung astronomischer Phänomene bietet. Sie ermöglicht es den Wissenschaftlern, Einsteins allgemeine Relativitätstheorie unter extremen Bedingungen zu testen, schwarze Löcher und Neutronensterne im Detail zu untersuchen und unser Verständnis der grundlegenden physikalischen Gesetze zu verbessern. Gravitationswellen können auch Aufschluss über die Expansionsrate des Universums und die Natur der dunklen Materie geben.
