Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Notkestraße 85
22607 Hamburg

Der beantragte Exzellenzcluster „Quantum Universe - Understanding Mass and Gravity at the Interface between Quantum Physics and Cosmology” von der Universität Hamburg und DESY zielt auf ein besseres Verständnis der Aspekte der Physik elementarer Teilchen im frühen Universum, die durch unsere gegenwärtigen Theorien von Quantenphysik und Gravitation nicht erklärt werden können. Prominente Beispiele sind Ursprünge der dunklen Materie, die Ursachen der Materie-Antimaterie-Asymmetrie sowie Erklärungen für die beschleunigte Expansion des Universums. Der Exzellenz-Cluster konzentriert sich auf vier Zugänge zur Beantwortung dieser Fragen: i) Erforschung des Higgs-Sektors und seiner kosmologischen Implikationen, ii) Suche nach Wechselwirkungen der dunklen Materie im Labor und im Kosmos, iii) Entwicklung neuer Techniken für Gravitationswellenexperimente sowie die Erforschung von Gravitationswellen astrophysikalischer und kosmologischer Quellen, iv) Weiterentwicklung von Quantentheorien für Materie und Gravitation. „Quantum Universe“ schließt nahtlos an die in PoF III für die Programme Matter and the Universe und Matter and Technologies gesetzten Ziele an.

Eine wesentliche Grundlage für die experimentellen Aspekte des Exzellenz-Clusters sind die existierenden Forschungsinfrastrukturen bei DESY und an der Universität Hamburg. Eine Reihe geplanter und laufender Experimente und Entwicklungsarbeiten im Rahmen des Clusters benötigen Infrastruktur für kalte und flüssige Gase („Kryogenik“). In diesem Antrag auf Förderung des begleitenden Exzellenz-Netzwerks sollen die existierenden Strukturen bei DESY und der Universität Hamburg auf die Anforderungen des Exzellenz-Clusters angepasst und so verbessert werden, dass Synergien ideal realisiert werden können.

Zentrales Vorhaben ist dabei die Realisierung einer gemeinsamen Plattform zur Versorgung von verschiedenen Experimenten und von F&E-Arbeiten im Bereich der Detektorphysik mit kryogenischen Gasen (zunächst flüssiges Helium bei 4 K). Die Anlage setzt auf der bestehenden kryogenischen Infrastruktur bei DESY auf und erweitert sie um mehrere flexibel einsetzbare Experimentierplätze. Die angestrebte „Kryo-Plattform“ wird ein elementarer Baustein in der Realisierung von im Cluster adressierten Experimenten wie MADMAX sein und ist von zentraler Bedeutung für die Entwicklung von kalten Spiegeln, wie sie in der nächsten Generation von Gravitationswellen-Experimenten benötigt werden. Die Bedeutung dieses letzten Forschungsaspekts ist durch die Verleihung des Physik-Nobelpreises 2017 für den Nachweis von Gravitationswellen eindrucksvoll unterstrichen worden.