Teilchenbeschleuniger erweitert physikalische Forschung an der JGU

Physikalische Forschung an der JGU wird grenzübergreifend gelobt, etwa als Teil des Nature Index Rankings. Auch das Institut für Kernphysik der JGU Mainz betreibt dem rheinland-pfälzischen Wissenschaftsminister Konrad Wolf zufolge mit dem Elektronenbeschleuniger Mainzer Mikrotron (MAMI) bereits seit Jahrzehnten weltweit anerkannte Grundlagenforschung. Aktuell erfolgt eine Erweiterung der unterirdischen Experimentierhallen zur Installation des Teilchenbeschleunigers Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator (MESA). Das Vorhaben findet im Rahmen des Exzellenzclusters PRISMA+ statt, das sich mit der Erforschung neuer Partikel und Kräfte beschäftigt und dafür u.a. eigene Beschleuniger einsetzt.

Energiesparende Erforschung der dunklen Materie

MESA soll es ermöglichen, die Erforschung der sogenannten "dunklen Materie" voran zu treiben. Der Hintergrund dessen ist, dass sich die tatsächliche Rotationsgeschwindigkeit von Sternen um das Zentrum ihrer Galaxien, z.B. unserer Milchstraße, nicht so verhält, wie das nach dem Standardmodell der Kosmologie, dem Urknall-Modell, zu erwarten wäre. Tatsächlich liegt sie höher, weshalb eine gravitationsbewirkende "dunkle Materie“ zur Erklärung angenommen wird.

MESA zeichnet sich u.a. auch durch eine Art der Energierückgewinnung aus, bei der man sich gedanklich an der Rückgewinnung von Bremsenenergie bei Bremsvorgängen im Auto orientieren kann. Nach der Einschätzung von Prof. Dr. Kurt Aulenbacher, dem zuständigen Abteilungsleiter für die Beschleuniger am Institut für Kernphysik der JGU, können etwa 95 Prozent der Energie, die ursprünglich für die Beschleunigung nötig war, wieder zurückgewonnen und so für die Beschleunigung der nächsten Elektronen eingesetzt werden.

75 Millionen Euro bis 2022

In einer Pressemitteilung vom 4. Mai 2020 hatte der Landesbetrieb Liegenschafts- und Baubetreuung von der Fertigstellung der Baugrubensohle in zwölf Meter Tiefe berichtet. Darin wird auf einer Bodenplatte von 1,2 Meter Stärke eine unterirdische Experimentierhalle aus Stahlbeton errichtet, die 600 Quadratmeter abdecken soll. Die neue Halle soll eine Wandstärke von 1,15 Meter und einer Deckenstärke von ca. 1,2 Meter aufweisen. Der Bau werde laut der Mitteilung zudem strahlensicher und erschütterungsfrei ausgelegt.

Direkt über der MESA-Halle wird der Pressemitteilung zufolge zudem ein zweigeschossiges Gebäude gebaut, dessen 590 Quadratmeter zur Bestückung der unterirdischen Halle dienen würden. Darüber hinaus sei auch ein viergeschossiges Labor- und Bürogebäude am Staudingerweg geplant. Die bereits vorhandenen Experimentieranlagen werden laut der Mitteilung im Zuge der Baumaßnahmen zudem teilweise umgebaut. Die Gesamt-Baukosten für die MESA-Halle und die beiden neuen oberirdischen Gebäude werden mit 63,75 Millionen Euro, einschließlich des Umbaus von MAMI auf 74,55 Millionen Euro, veranschlagt. Die Fertigstellung ist für das Frühjahr 2022 geplant.

Einbettung in das Exzellenzcluster PRISMA+ 

Der MESA-Teilchenbeschleuniger ist Teil eines Forschungsbereichs des Exzellenzclusters PRISMA+ (Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter). Dieses beschäftigt sich als Forschungsverbund an der JGU mit der Teilchen- und Hadronenphysik und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im September 2018 als Exzellenzcluster gewürdigt. Zugleich hat die DFG 52 Millionen Euro für PRISMA+ und zusätzlich sieben Millionen Euro zur strategischen Ausrichtung der JGU bewilligt. Das Land Rheinland-Pfalz übernimmt neben einer 25-prozentigen Kofinanzierung weitere Aufwendungen zugunsten des Exzellenzclusters. Seitens der JGU und des Helmholtz-Instituts sind etwa 350 Wissenschaftler:innen an dem Forschungsverband beteiligt.