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Institut für Kernphysik (IKP)

Campus Nord

Anschrift:
Karlsruher Institut für Technologie
Institut für Kernphysik
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

Postanschrift:
Karlsruher Institut für Technologie
Institut für Kernphysik
Campus Nord, Geb. 401
Postfach 3640
D - 76021 Karlsruhe

Sekretariat:
Banu Büyüksahin
Telefon: +49/721/608-23546
Telefax: +49/721/608-23548

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E-Mail

www.ikp.kit.edu

Anfahrt

Forschungsschwerpunkte des Instituts für Kernphysik (IKP)

Das Institut für Kernphysik betreibt experimentelle Grundlagenforschung auf den Gebieten der Teilchen- und Astro-Physik in Zusammenarbeit mit internationalen Forschungseinrichtungen. Zur Zeit sind dies die Luftschauersimulation CORSIKA, das EDELWEISS Experiment zur Suche nach dunkler Materie, das KATRIN Experiment zur Neutrinomasse sowie das Pierre-Auger-Observatorium für höchstenergetiche kosmische Strahlung und IceCube. Seit 2015 gibt es auch eine Gruppe zum Thema theoretische Astroteilchenphysik.

 

Das KATRIN Experiment am KIT, Campus Nord

Das Ziel von KATRIN ist, über das β-Spektrum aus dem Zerfall des Tritiums die Masse des Elektron-Neutrinos bis zu 0,2eV/c2 einzugrenzen oder zu bestimmen. Die bisherige Grenze liegt bei 2,3 eV/c2. KATRIN wird am Karlsruher Tritium-Labor von einer internationalen Kollaboration aufgebaut, mehrere KIT-Institute sind beteiligt. Das IK ist federführend beim Bau der Spektrometertanks und wirkt in vielen anderen Bereichen mit.

Das Tritiumlabor Karlsruhe (TLK) am KIT, Campus Nord

Das Anfang der neunziger Jahre gegründete Tritiumlabor Karlsruhe ist ein in Europa und Amerika einzigartiges Halbtechnikum mit einer Umgangsgenehmigung für 40 g (1,5*10^16 Bq) Tritium, 100 kg abgereichertes Uran sowie Rubidium und Krypton als Prüfstrahler zu Kalibrierzwecken. Auf einer Experimentierfläche von mehr als 1100 Quadratmetern stehen mehr als 20 Handschuhkastensysteme mit einem Volumen von insgesamt rund 160 Kubikmetern als Einschluss für die tritiumführenden Versuchsapparaturen zur Verfügung. Gründungsaufgabe des TLK  ist  die  Entwicklung  von  Technologien  für  den  Brennstoffkreislauf  von  Fusionsreaktoren. Der aktuelle Arbeitsschwerpunkt liegt im Betrieb der Tritiumquelle von KATRIN und der damit verbundenen notwendigen F&E Aufgaben.

Das Pierre Auger Observatorium in Argentinien

Beim weltweit größten Luftschauerexperiment, dem Pierre-Auger-Observatorium, ist das IK im Bereich Konzeption und Aufbau der Fluoreszenz-Teleskope sowie der Datenaufnahme- und Triggerelektronik beteiligt. Die Teleskope weisen Schauer höchster Energien direkt durch Fluoreszenz-Licht nach. Auf einer Fläche von ca. 3000 km2 wird die Myon-Komponente in 1600 wassergefüllten Detektortanks am Boden nachgewiesen.

Das IceCube-Observatorium am Südpol

Das Neutrino Observatorium IceCube befindet sich am Südpol und besteht aus optischen Modulen, die über einen Kubikkilometer arktischen Eises verteilt sind. Die schwer fassbaren Neutrinos sind ausgezeichnete kosmische Boten, die möglicherweise extreme astrophysikalische Quellen anzeigen und Einblick in Prozesse geben, die an der Entstehung hochenergetischer Teilchen beteiligt sind. Darüber hinaus verfügt IceCube über einen Oberflächendetektor IceTop für kosmische Strahlung. Unsere Gruppe am KIT arbeitet hauptsächlich am Upgrade von IceTop sowie an der nächsten Generation des IceCube Experiments, IceCube-Gen2.

Beim ERC-Projekt PeV-Radio geht es um eine Erweiterung von IceTop mit Radioantennen.

Theoretische Astroteilchenphysik

Astroparticle Theory

Astroteilchenphysik verbindet Erkenntnisse der Elementarteilchenphysik mit Kosmologie und astrophysikalischen Phänomenen. Durch das Wechselspiel von micro- und macro-Kosmos suchen wir nach neuer fundamentaler Physik und erforschen die Entwicklung des Universums. Die Arbeitsgruppe Theoretische Astroteilchenphysik am IKP beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten der Neutrinophysik sowie dem Problem der Dunklen Materie im Universum. In diesem Kontext arbeiten wir an der Phänomenologie theoretischer Modelle sowie der Interpretation experimenteller Ergebnisse.

 

Theoretische Teilchenphysik

Particle Theory

Die Arbeitsgruppe Theoretische Teilchenphysik am IKP beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten der Teilchenphysik in und jenseits des Standardmodells. In unserer Forschung untersuchen wir Modelle Neuer Physik und deren Phänomenologie in den Bereichen Kolliderphysik, Higgsphysik, Flavourphysik und Dunkler Materie. Außerdem führen wir Präzisionsrechnungen für Vorhersagen des Standardmodells durch, die nötig sind, um auch kleine Abweichungen vom Standardmodell sicher identifizieren zu können.

 

Die direkte Suche nach Dunkler Materie

Dunkle Materie sollte durch Streuung einzelner DM-Teilchen an Atomkernen nachzuweisen sein, wobei solche Streu-Ereignisse extrem selten erwartet werden und nur sehr kleine Signale erzeugen. Als Targetmaterial wird deshalb hochreines flüssiges Xenon (XENONnT, DARWIN) oder kryogene Germanium-Monokristalle (EDELWEISS) verwendet. Das IKP ist an solchen Experimenten zur direkten Suche nach DM beteiligt, bei der Konzeption, dem Aufbau und Betrieb wie auch bei der Datennahme und Analyse der Experimentdaten.

 

FUNK – Search for hidden-­photon dark matter

Das FUNK Experiment sucht mit Hilfe eines mehr als 14 m2 großen sphärischen Spiegels im Sektor der Dunklen Photonen nach Dunkle-Materie-Kandidaten mit einer Masse im eV- und sub-eV-Energiebereich. FUNK befindet sich auf dem Gelände des KIT und verwendet Spiegelsegmente, die für das Pierre-Auger-Observatorium entwickelt wurden.

 

Die Tunka-Radioerweiterung (Tunka-Rex) in Sibirien

Tunka-Rex ist ein Messfeld aus Radioantennen am Tunka-Observatorium in Sibirien in der Nähe des Baikalsees. Hauptziel ist die Weiterentwicklung der Radio-Messmethode für hochenergetische kosmische Strahlung. Dazu wurde erfolgreich eine Kreuzkalibration mit der etablierten Cherenkovlicht-Technik durchgeführt. Das IKP hat die führende Rolle bei Tunka-Rex inne, das eines von fünf Detektorsystemen des Tunka Advanced Instrument for cosmic ray physics and Gamma Astronomy (TAIGA) ist.

 

Luftschauer Simulationen mit CORSIKA

Corsica

CORSIKA ist ein detailliertes Monte Carlo Programm zum Studium der Entwicklung und der Eigenschaften von ausgedehnten Luftschauern in der Atmosphäre. CORSIKA wurde ursprünglich 1989 für das KASCADE Experiment entworfen und hat sich seither zu DEM Standard-Simulationswerkzeug für alle Experimente entwickelt, die sich mit ausgedehnten Luftschauern befassen, die durch energiereiche kosmische Strahlung, Gammastrahlung oder Neutrinos ausgelöst werden.

 

KASCADE Cosmic-Ray Data Centre (KCDC)

Corsica

KCDC ist ein „Open Data“ Portal um die Daten von Luftschauer-Ereignissen, die durch die Experimente KASCADE und KASCADE-Grande gemessen wurden, einer breiten Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen. KCDC bietet Zugriff auf mehr als 430 Millionen Ereignisse, die von den
KASCADE- / KASCADE-Grande-Arrays und dem Hadron-Zentralkalorimeter gemessen wurden. Der Datensatz eines Ereignisses besteht aus 24 Observablen, die sowohl rekonstruierte Schauereigenschaften wie z. B. die Anzahl geladener Teilchen am Boden als auch Metadaten wie die Ereigniszeit enthalten. Datenarrays wie deponierte Energie und Ankunftszeiten der Teilchen für jede einzelne Detektorstation werden ebenfalls im Daten-Shop angeboten.