Max-Planck-Institut für Kernphysik

Das Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) ist eines von 80 unabhängigen Instituten der Max-Planck-Gesellschaft und hat seinen Sitz am Fuß des Königstuhls in Heidelberg. Auf Initiative von Walther Bothe wurde es 1958 aus dem seit 1930 bestehenden Institut für Physik im Max-Planck-Institut für medizinische Forschung gegründet. Das MPIK beschäftigt sich heute mit Grundlagenforschung auf den Gebieten Astroteilchenphysik und Quantendynamik.

Erster Leiter war Wolfgang Gentner. Seit 1966 wird das Institut von einem Direktorenkollegium geleitet. Derzeit gibt es fünf Abteilungen und einige weitere Forschergruppen und Nachwuchsgruppen. Wissenschaftliche und technische Servicebereiche sowie die Verwaltung unterstützen die Forscher. Das Institut hat ca. 390 Beschäftigte, dazu kommen Diplomanden und wissenschaftliche Gäste.

Wissenschaftler des MPIK arbeiten mit anderen Forschungsgruppen aus Europa und der ganzen Welt zusammen und wirken in zahlreichen internationalen Kollaborationen teils federführend mit. Besonders intensive Beziehungen bestehen zu einigen Großforschungseinrichtungen wie GSI (Darmstadt), DESY (Hamburg), CERN (Genf), INFN-LNGS (Assergi L‘Aquila) oder dem Weizmann-Institut in Israel.

In der Metropolregion kooperiert das Institut eng mit der Universität Heidelberg, an der die Direktoren und weitere Mitarbeiter des Instituts lehren. Der wissenschaftliche Nachwuchs wird in drei International Max Planck Research Schools (IMPRS) und einer Graduiertenschule gefördert. Das MPIK betreibt zusammen mit dem Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg ein Labor zur Entwicklung und zum Test von ASICs, die bei Experimenten beim CERN in Genf sowie zur Entwicklung von Sehhilfen eingesetzt werden.

Forschung

Die Forschungsschwerpunkte am MPIK liegen auf den beiden Gebieten Teilchen- und Astrophysik und Quantendynamik. In beiden wird sowohl experimentelle als auch theoretische Forschung betrieben.

Der Forschungsbereich Astroteilchenphysik (Synergien von Teilchenphysik und Astrophysik) ist durch die Abteilungen von Werner Hofmann und Manfred Lindner vertreten und vereint Fragestellungen des Makro- und Mikrokosmos. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf Hochenergieastrophysik und Neutrinophysik, aber auch die Physik schwerer Quarks und astronomische Infrarotquellen werden untersucht. Ungewöhnliche Beobachtungsmethoden für Gammaquanten und Neutrinos eröffnen neue Fenster zum Weltall. Theoretisch wird unter anderem untersucht, was sich hinter „Dunkler Materie“ und „Dunkler Energie“ verbirgt.

Die Abteilungen von Klaus Blaum, Christoph Keitel und Joachim Ullrich haben ihren Schwerpunkt im Forschungsbereich Quantendynamik (Vielteilchendynamik von Atomen und Molekülen). Mit Reaktionsmikroskopen lassen sich einfache chemische Reaktionen „filmen“. Speicherringe und Fallen für Ionen ermöglichen Präzisionsexperimente praktisch unter Weltraumbedingungen. Mit Methoden der theoretischen Physik wird die Wechselwirkung von intensivem Laserlicht mit Materie untersucht. Außerdem werden Experimente zu hochpräziser Massenmessung und zur Erzeugung ultrakurzer Laserpulse durchgeführt.

Weitere Forschungsgebiete sind kosmischer Staub, Atmosphärenphysik und Fullerene. Darüber hinaus gibt es am MPIK mehrere selbständige wissenschaftliche Nachwuchsgruppen, z.B. die Gruppen „ultrakalte Targets für Präzisionsuntersuchungen von Schwerionen-Atom-Stößen“ und „Präzisionsexperimente mit gespeicherten Ionen und Antimaterie“.

Das MPIK ist an zahlreichen Forschungsprojekten beteiligt, unter anderem an

• BOREXINO - Ein Neutrinodetektor in den Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) zur Untersuchung von Kernreaktionsmechanismen in der Sonne.
• Double Chooz - Ein Reaktorneutrinoexperiment zur Bestimmung des Neutrino-Mischungswinkels Theta₁₃.
• FLASH - Freie-Elektronen-Laser am DESY
• GERDA - Ein Präzisonsexperiment zum Nachweis des neutrinolosen Doppelbetazerfalls.
• GLoBES - Eine Software zur Simulation von verschiedenen Neutrinoexperimenten.
• H.E.S.S. - Ein Tscherenkow-Teleskop in Namibia für Gamma-Astronomie.
• HITRAP - Projekt des GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung zur Messung des g-Faktors von hochionisiertem Uran.
• IceCube - Ein Neutrinoteleskop im arktischen Eis.
• KATRIN - Ein Massenspektrometer zur Bestimmung der Neutrinomasse aus dem radioaktiven Betazerfall.
• QUASAR - Ein R&D-Projekt für Quantensysteme und Teilchenbeschleuniger.
• XENON - Ein Experiment zum direkten Nachweis von Dunkler Materie.

Einrichtungen

Das MPIK verfügt über folgende Großanlagen:

• In der Beschleunigeranlage für Atom- und Molekülionenstrahlen mit einem 12-MV Tandembeschleuniger einem 15-MV Hochstrominjektor und einem 25-MV Linearbeschleuniger können hochgeladene atomare Ionenstrahlungen und leichte Molekülionenstrahlen erzeugt und im Testspeicherring abgelegt werden. Neue Ionenspeichertechniken werden hier entwickelt.

• Mehrere Elektronenstrahl-Ionenfallen (Electron Beam Ion Trap, EBIT) wurden am MPIK entwickelt und gebaut, mit denen Schwerionen (zum Beispiel 78-fach geladenes Quecksilber) erzeugt, gespeichert und untersucht werden können. Die Ionen werden sowohl mit Präzisionsspektrometern für alle Wellenlängen analysiert, als auch für andere Experimente (zum Beispiel einem Reaktionsmikroskop) zur Verfügung gestellt. Eine der EBITs wurde speziell als transportables Gerät konzipiert und wurde am DESY in Hamburg und am BESSY in Berlin zur Untersuchung der Wechselwirkung hochgeladener Ionen mit Synchrotronstrahlung verwendet.

• Der Testspeicherring (TSR) dient der Speicherung und Kühlung von hochgeladenen Ionen im Ultrahochvakuum für einen Zeitraum von einigen Minuten bis zu mehreren Stunden. Zum Einsatz kommen ein Elektronenkühler und ein ultrakaltes Elektronentarget. Es können Wechselwirkungen bei Einzelstößen mit niedrigen Energien und mit gekühlten Ionenstrahlen untersucht werden. Der TSR hat einen Umfang von 55,4 m.

Weblinks

• Offizielle Website
• Publikationen des MPI im eDoc-Server der MPG

49.3877777777788.7091666666667

Koordinaten: 49° 23′ 16″ N, 8° 42′ 33″ O