Insgesamt mehr als 10.000 Physikerinnen und Physiker aus aller Welt arbeiten an den Experimenten ATLAS, ALICE, CMS und LHCb am Large Hadron Collider (LHC) am Europäischen Kernforschungszentrum CERN in Genf. Mit dem diesjährigen Breakthrough Preis in Physik werden alle Mitglieder der Experimente gewürdigt: angefangen von Bachelor- und Masterstudierenden, die ihre ersten Schritte in der wissenschaftlichen Arbeitswelt machen, über Promovierende, die auch zum Bau und zum Betrieb der Experimente beitragen, Nachwuchsforschende, die erste Erfahrungen in der Koordination von wissenschaftlichen Projekten sammeln, bis hin zu den Professorinnen und Professoren.
Die Würdigung beinhaltet insbesondere die Erfolge der vier internationalen Kollaborationen bei der Überprüfung des Standardmodells der Elementarteilchenphysik und darüber hinausgehende Theorien. Darunter sind die Messung der Eigenschaften des Higgs-Teilchens und damit der Erkenntnisgewinn zum Mechanismus der Entstehung der Masse der Elementarteilchen, die Vermessung extrem seltener Teilchenreaktionen, die Untersuchung exotischer Materiezustände, wie sie in der Frühzeit des Universums existierten, die Entdeckung von mehr als 72 neuen Hadronen - mehr als ein Drittel davon mit bisher unbekannter Struktur - und die Vermessung subtiler Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie. Mit Hilfe dieser Messungen konnten die Optionen für Physik jenseits des Standardmodells, darunter Dunkle Materie, Supersymmetrie und versteckte Dimensionen, stark eingegrenzt werden.
Die Universität Bonn ist führend an den drei Experimenten ATLAS, ALICE und LHCb beteiligt. Schlüsselrollen bei Bau, Betrieb und Auswertung des ATLAS-Experiments spielen die Studierenden und Forschenden rund um die Professoren Florian Bernlochner, Klaus Desch, Jochen Dingfelder, Ingrid-Maria Gregor, Matthias Schott, die Emeriti Norbert Wermes und Ian Brock, und die Privatdozent*innen Philip Bechtle und Tatjana Lenz. Highlights ihres Physikprogramms sind die Präzisionsmessungen der Eigenschaften des Higgs-Teilchens, Suchen nach einer Vielzahl möglicher neuer Phänomene und die genaue Messung von Eigenschaften des Standardmodells wie etwa der Masse und Breite des W-Bosons. Am ALICE-Experiment erforscht Professor Bernhard Ketzer mit seiner Arbeitsgruppe die Entstehung exotischer Teilchen bei Zuständen, die der Frühzeit des Universums entsprechen. Die Arbeitsgruppe um Professor Sebastian Neubert forscht zu neuen Hadronen mit dem LHCb Experiment, war an der Entdeckung mehrerer exotischer Teilchen beteiligt und beschäftigt sich mit Präzisionsmessungen, um deren Natur zu ergründen.
Am Forschungs- und Technologiezentrum Detektorphysik (FTD) entwickeln und bauen die Bonner Forschenden zudem gemeinsam über viele Arbeitsgruppen hinweg neue, hochpräzise Messinstrumente, die unter anderem am LHC eingesetzt werden, und die die im Breakthrough Prize gewürdigten Forschungserfolge überhaupt erst möglich machten. Der innere Spurdetektor von ATLAS, wie auch das Upgrade der ALICE-Zeitprojektionskammer wurden von Bonn aus mit entwickelt, gestaltet und in wichtigen Teilen gebaut.
„Die Würdigung durch den Breakthrough Prize ist eine schöne Anerkennung dieser Arbeiten, die uns als Wissenschaffende, wie Studierende ganz besonders freut“, so das Team. Das Preisgeld in Höhe von 3 Millionen Dollar wird von den Kollaborationen zur Unterstützung von Doktorandinnen und Doktoranden und Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern bei Forschungsaufenthalten am CERN verwendet werden.
Das Bonner LHC-Team ist auch zentral am vorgeschlagenen Exzellenzcluster “Color meets Flavor” in Kooperation mit den Universitäten aus Siegen und Dortmund sowie dem Forschungszentrum Jülich beteiligt, welcher die kollaborative Forschung in NRW stärken und die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Forschungsfeldern weiter ausbauen soll.
Die Forschungsarbeiten der Teilchenphysiker profitieren dabei auch von der Zusammenarbeit in dem Transdisziplinären Forschungsbereich (TRA) „Matter“ der Universität Bonn, in dem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Natur auf ganz unterschiedlichen Längenskalen untersuchen, um zu verstehen, wie die Bausteine der Materie miteinander wechselwirken und komplexe Strukturen entstehen.