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Dr. Stefan Schoppmann, Teilchenphysiker an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), ist mit dem ICFA Early Career Instrumentation Award ausgezeichnet worden. Damit würdigt das International Committee for Future Accelerators (ICFA), dem führende Beschleunigerlabore wie das CERN angehören, herausragende Beiträge zur Instrumentenentwicklung in der Teilchenphysik.
Schoppmann, der als „Detector Innovation Fellow“ am Detektorlabor des Exzellenzclusters PRISMA++ forscht, erhält die Auszeichnung für seine Arbeiten zur Entwicklung neuartiger Detektortechnologien und -materialien. Diese ermöglichen präzise Messungen schwer nachweisbarer Teilchen und tragen so zur Erforschung grundlegender Eigenschaften des Universums bei.
„Zwar beschreibt das sogenannte Standardmodell der Teilchenphysik viele grundlegende Phänomene der Natur“, so der Physiker und Mathematiker. „Doch zentrale Fragen – etwa zur Existenz Dunkler Materie – bleiben unbeantwortet. Um ihnen nachzugehen, sind hochpräzise Messungen und besonders empfindliche Detektoren erforderlich.“
Hochempfindliche Detektoren für seltene Teilchen
Solche Technologien entwickelt Schoppmann am Exzellenzcluster PRISMA++, einem Forschungsverbund des Instituts für Physik der JGU, des Instituts für Kernphysik der JGU und des Helmholtz-Instituts Mainz, insbesondere im PRISMA-Detektorlabor. Ein Schwerpunkt seiner Arbeit liegt auf Messmethoden für Neutrinos – Elementarteilchen, die nur sehr schwach mit Materie wechselwirken und daher experimentell besonders schwer nachzuweisen sind. Um ihre Eigenschaften dennoch präzise messen zu können, entwickelte Schoppmann eine neue Klasse besonders empfindlicher Detektormaterialien – sogenannte hybride und opake Szintillatoren.
„Szintillatoren sind Materialien, die Licht erzeugen, wenn sie von Teilchen durchquert werden“, erklärt er. „Bei diesen neuartigen, weißlichen und stark streuenden Szintillatorflüssigkeiten bleibt das entstehende Licht räumlich begrenzt im Material, wodurch sich Teilchenereignisse präziser lokalisieren und voneinander unterscheiden lassen.“
Der Jury des ICFA zufolge habe er durch seine Pionierarbeit bei den Szintillator-Technologien, mit innovativen experimentellen Konzepten und Materialien Neutrino- und Dunkle-Materie-Detektoren entscheidend vorangebracht. Daneben wurde seine leitende Rolle bei der Entwicklung einer neuen Generation rausch- und hintergrundarmer Detektorinstrumente betont.
Schoppmanns innovative Technologien kommen in zwei weltweit einzigartigen Forschungsprojekten am Mainzer PRISMA++-Cluster zum Einsatz. So untersucht das von ihm geleitete Experiment NuDoubt++ Prozesse der Neutrinophysik – etwa spezielle Formen des doppelten Beta-Zerfalls, die besonders hohe Anforderungen an die Detektortechnologie stellen. Die neuartigen Szintillatoren könnten helfen, grundlegende Fragen zu beantworten – etwa, ob Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen sind und welche Rolle sie beim Entstehen des Materie-Antimaterie-Ungleichgewichts nach dem Urknall spielten.
Suche nach Dunkler Materie
Das zweite Projekt, DarkMESA, widmet sich der experimentellen Suche nach Dunkler Materie. Der intensive Elektronenstrahl des in Mainz entwickelten Beschleunigers MESA erzeugt dabei seltene Prozesse, die auf bislang unbekannte, schwach wechselwirkende Teilchen hindeuten könnten. Um solche Signale zuverlässig zu identifizieren, müssen selbst kleinste Störsignale und Messrauschen von den eigentlichen Ereignissen getrennt werden – mit dem Ziel, Hinweise auf bislang unbekannte Teilchen der Dunklen Materie zu finden, aus denen ein Großteil der Materie im Universum besteht.
Die für solche Experimente nötigen Detektorkomponenten und -materialien entwickelt Schoppmann gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen im PRISMA-Detektorlabor an der JGU. Als zentrale Infrastruktur für die Detektorforschung am Exzellenzcluster ermöglicht es, neue Messkonzepte von der Materialentwicklung bis zum einsatzfähigen Prototyp unter realistischen Bedingungen zu erproben. Getestet werden etwa Detektoren, optische Komponenten sowie Systeme zur elektronischen Auslese und Datenverarbeitung.
Als Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und Technologieentwicklung ist das PRISMA Detektorlabor eng in internationale Forschungsprojekte eingebunden. So entwickeln die Forschenden Detektortechnologien für Experimente wie ATLAS am CERN und IceCube in der Antarktis sowie für unterirdische Dunkle-Materie-Experimente wie dem Gran Sasso-Labor in Italien.
Das ICFA ist eine Organisation der International Union of Pure and Applied Physics, der zahlreiche Physikgesellschaften weltweit angehören. Den ICFA Early Career Award nimmt Stefan Schoppmann in diesen Tagen auf einer internationalen Fachkonferenz zur Detektorentwicklung in Mumbai entgegen. „Ich freue mich sehr über die Auszeichnung, die die gemeinsame Arbeit der Teams aus Forschenden, Promovierenden und Studierenden in den NuDoubt++- und DarkMESA-Experimenten würdigt“, so Schoppmann. „Die Unterstützung durch das PRISMA-Detektorlabor war dabei entscheidend für die Weiterentwicklung der Technologie.“
Dr. Stefan Schoppmann
PRISMA Detektorlabor
Exzellenzcluster PRISMA++
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel.: 06131 39-28818
E-Mail: schoppmann@uni-mainz.de
Homepage: https://researchprofiles.uni-mainz.de/14457-stefan-schoppmann
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Physics / astronomy
transregional, national
Miscellaneous scientific news/publications, Research projects
German
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