Präzisionsrechnung zur Energiedichte von Neutrinos im frühen Universum ausgezeichnet -- Kooperation mit UNSW Sydney und UC Louvain
Das Institute of Physics feiert die 20 meistzitierten Publikationen von 2024 aus Deutschland mit einer Sonderausgabe. Darunter ist auch eine Publikation von der Universität Münster im Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. "Unsere Ergebnisse zur Energiedichte von Neutrinos im frühen Universum sind von großer Bedeutung für Präzisionstests des kosmologischen Standardmodells und um Hinweise auf Dunkle Energie und Dunkle Materie zu bekommen", sagt Prof. Michael Klasen vom Institut für Theoretische Physik. "Dass sie vom Institute of Physics nun erneut ausgezeichnet wurden, nachdem schon unser Doktorand Luca Wiggering den Infineon-Promotionspreis 2025 dafür erhalten hat, zeigt, dass sie weltweit Beachtung finden."
Zu den größten Rätseln der modernen Kosmologie zählen die sogenannte Dunkle Energie und die Dunkle Materie. Dass sie weitaus stärker als Photonen oder die ebenfalls nicht sichtbaren Neutrinos zur aktuellen Energiedichte im Universum beitragen, ist durch Messungen des Kosmischen Mikrowellenhintergrunds sehr genau bekannt. Der Beitrag der Neutrinos im frühen Universum wurde 2024 von einem Team um Prof. Yvonne Wong von der USNW Sydney und Prof. Michael Klasen von der Universität Münster noch genauer berechnet. Ebenfalls beteiligt war eine Gruppe um Prof. Marco Drewes von der Université Catholique de Louvain. "Begonnen haben wir das Projekt an der UNSW Sydney", sagt Prof. Klasen, der 2022 dort als Gordon Godfrey Fellow war und in Kürze dort erneut eine Gastprofessur antritt. "Auch diesmal wird wieder einer unserer Doktoranden mitreisen und unsere Forschungsarbeiten fortsetzen."
https://publishingsupport.iopscience.iop.org/questions/celebrating-german-research-tib/
Publikation von Prof. Dr. Michael Klasen und Dr. Tomas Jezo von Physics World als "Breakthrough of the Year 2024" ausgezeichnet
Studie zeigt Einfluss von Elementarteilchen auf den Aufbau von Atomkernen
Forschungsteam analysiert Bindung von Nukleonen in Atomkernen erstmals auf Quark-Gluon-Ebene / Brücke von der Kern- zur Teilchenphysik
Quarks sind in der Teilchenphysik als Bausteine der Nukleonen – Protonen und Neutronen – bekannt, ebenso ihre Bindung durch die von Gluonen vermittelte starke Kernkraft („Gluon“ ist vom englischen „glue“ abgeleitet, auf Deutsch „Klebstoff“). Wie diese Kraft indirekt auch Nukleonen in Atomkernen zusammenhält, ist hingegen eine der wichtigsten aktuellen Fragen der Kernphysik. Dass Bindungszustände von zwei Nukleonen in Atomkernen eine besondere Rolle spielen, ist bereits aus kernphysikalischen Experimenten bei niedriger Energie bekannt. Nun hat ein Team aus Europa und den USA um Dr. Tomáš Ježo und Prof. Dr. Michael Klasen vom Institut für Theoretische Physik der Universität Münster diese Bindungszustände erstmals mit höherer Auflösung untersucht. Dazu werteten sie teilchenphysikalische Daten aus, die bei sehr hohen Energien etwa am Teilchenbeschleuniger LHC am CERN in Genf gewonnen werden. Diese Experimente sind vergleichbar mit einer mikroskopischen Untersuchung. Dabei gilt: Je höher die Energie ist, desto größer ist die Auflösung, mit der sich die Kernbausteine untersuchen lassen.
„Zu unserer Überraschung fanden wir trotz der sehr unterschiedlichen Herangehensweisen die gleiche Häufigkeit von Nukleon-Paaren wie früher unsere Kollegen bei niedrigen Energien“, sagt Tomáš Ježo. „Darüber hinaus konnten wir erstmals zeigen, dass sich Quarks und Gluonen in diesen Paaren anders verhalten als in freien Nukleonen und auch anders als bisher in Atomkernen erwartet. Das hat einen entscheidenden Einfluss auf unser Verständnis der Nukleonbindung.“ Zudem zeigt die Studie, dass die Häufigkeit der Paare mit der Kernmasse zunimmt und Proton-Neutron-Paare besonders häufig sind.
Das Forschungsteam erweiterte für die Studie das „Partonmodell der Quantenchromodynamik“, das die Wechselwirkungen in Atomkernen mathematisch beschreibt, indem es erstmals einzelne Nukleonen und Paare korrelierter Nukleonen in die Analysen integrierte. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
Finanzierung
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützte die Arbeit der münsterschen Physiker finanziell.
Originalveröffentlichung
Denniston A. W., Ježo T. et al. (2024): Modification of Quark-Gluon Distributions in Nuclei by Correlated Nucleon Pairs. Physical Review Letters 133, 152502; DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.152502