Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik
Was wiegen Neutrinos, die sogenannten Geisterteilchen? Wer schickt uns die energiereichsten Teilchen aus dem Kosmos? Schwarze Löcher? Neutronensterne? Aktive Galaxienkerne? Und wie ist das Universum aufgebaut? Solchen Fragen widmen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am KIT mit experimenteller und theoretischer Forschung und Lehre an der Schnittstelle von Astrophysik, Elementarteilchenphysik und Kosmologie. Dazu gehören international verankerte Großprojekte der Grundlagenforschung: So wiegt KATRIN die Neutrinos, die häufigsten massiven Teilchen im Universum, das Pierre-Auger-Observatorium ist auf der Suche nach der höchstenergetischen Komponente der kosmischen Strahlung.
Die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses spielt ebenso eine zentrale Rolle: Die Karlsruhe School of Elementary Particle and Astroparticle Physics: Science and Technology (KSETA) bietet Promovierenden ein exzellentes Forschungsumfeld und ein strukturiertes Qualifizierungsprogramm.
Research Focus
Elementary Particle and Astroparticle Physics
Die Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik sowie verwandte Hochtechnologien gehören seit vielen Jahren zu den besonderen Stärken des KIT. Unsere Forschung umfasst sowohl experimentelle als auch theoretische Ansätze und reicht von der Grundlagenforschung bis zur Entwicklung komplexer Technologien. Im Mittelpunkt stehen Themen wie Kollisions- und Flavorphysik, hochenergetische kosmische Strahlung, die Eigenschaften von Neutrinos sowie die Suche nach Dunkler Materie. Darüber hinaus entwickelnt wir neuartige und nachhaltige Konzepte für Detektoren und Beschleuniger bis hin zu komplexen Gesamtsystemen.
Das KIT verfügt über herausragende Forschungsinfrastrukturen wie das GridKa-Daten- und Rechenzentrum, den Karlsruher Forschungsbeschleuniger KARA und das KATRIN-Experiment. Diese Einrichtungen bilden ein starkes Fundament für exzellente Forschung und fördern internationale Kooperationen in einem der dynamischsten Felder der modernen Physik. Ein besonderer Meilenstein war die Festlegung einer neuen oberen Grenze für die Neutrinomasse von 0,45 eV/c² durch das KATRIN-Experiment. Darüber hinaus übernehmen Forschende des KIT führende Rollen in bedeutenden internationalen Kooperationen – etwa beim CMS-Experiment am Large Hadron Collider des CERN oder beim Pierre-Auger-Observatorium in Argentinien.
Neue Obergrenze für die Masse der Neutrinos
Im April 2025 veröffentlichte die Kollaboration des KArlsruhe TRItium Neutrino Experiments (KATRIN) ein neues Ergebnis zur Neutrinomasse: Aus den aktuellen Daten lässt sich eine Obergrenze von 0,45 Elektronenvolt/c2 (entspricht 8 x 10-37 Kilogramm) für die Masse des Neutrinos ableiten. Gegenüber den letzten Ergebnissen aus dem Jahr 2022 konnten die Forschenden die Obergrenze fast halbieren. Damit stellt KATRIN, das die Neutrinomasse mit einer modellunabhängigen Methode im Labor vermisst, erneut einen Weltrekord auf. Diese Verbesserung wurde durch sechsmal höhere Statistik, eine 50-prozentige Reduktion des Hintergrunds und deutlich verbesserte systematische Unsicherheiten ermöglicht.
Auf Spurensuche nach den Geheimnissen des Universums
Das KIT ist an den weltweit leistungsfähigsten Teilchenbeschleunigern tätig, unter anderem am Large Hadron Collider (LHC) am CERN in der Schweiz. Im LHC werden Bedingungen für Reaktionen erzeugt, wie sie etwa zehn bis zwölf Sekunden nach dem Urknall stattgefunden hatten. Der CMS-Detektor (Compact-Muon-Solenoid) ist einer von vier großen Detektoren, die am LHC installiert wurden, um diese Reaktionen zu untersuchen. Forschungsteams des KIT tragen maßgeblich zur CMS-Kollaboration bei und nutzen modernste Machine-Learning-Tools, um diesen Datensatz vollständig auszuschöpfen. KIT-Forschende leiten Studien zu den Eigenschaften des Higgs-Bosons. Sie messen sehr seltene Prozesse und suchen nach Physik jenseits des Standardmodells, zum Beispiel nach Hinweisen auf Dunkle Materie. Parallel dazu ist das KIT intensiv am CMS-Detektor-Upgrade beteiligt. Der neue Spurdetektor soll im Jahr 2026 fertiggestellt sein.
Rätsel um kosmische Strahlen
Forschende am KIT haben das Verständnis von kosmischen Strahlen bei den höchsten Energien grundlegend verbessert, indem sie Daten aus dem Oberflächen-Detektorfeld des Pierre-Auger-Observatoriums in Argentinien analysierten. Ziel der Beobachtungen ist es, die Quellen der höchstenergetischen Teilchen des Universums zu finden und den zugrundeliegenden Beschleunigungsmechanismus zu verstehen. Aufgrund der extremen Teilchenenergien erlauben die Beobachtungen, physikalische Gesetze unter Bedingungen zu untersuchen, die im Labor nicht erreichbar sind, sowie Theorien über Raum-Zeit-Fluktuationen oder zusätzliche Dimensionen zu verifizieren.
KIT-Zentrum KCETA
Im KIT-Zentrum Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik (KCETA) wird experimentelle und theoretische Forschung und Lehre an der Schnittstelle von Astrophysik, Elementarteilchenphysik und Kosmologie betrieben. KCETA ist eine einzigartige Plattform zur Erforschung der fundamentalen kleinsten Bausteine der Materie und ihrer Wechselwirkungen sowie ihrer Bedeutung und Rolle bei der Entstehung und der Evolution der größten Strukturen des Universums.
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