Wie werde ich ein Teilchenphysiker?

Ist ein Teilchenphysiker sein das richtige für mich?

Teilchenphysik ist der Forschungsbereich der Physik, der sich mit den kleinsten Elementen der Materie beschäftigt, die wir heute kennen. Diese kleinsten Elemente nennt man "Elementarteilchen", und deshalb wird Teilchenphysik häufig auch als "Elementarteilchenphysik" bezeichnet. Ein Teilchenphysiker studiert, wie Elementarteilchen existieren und wie sie miteinander wechselwirken. Bekannte Elementarteilchen sind zum Beispiel die Photonen, die Elektronen oder die Quarks. Auch das mysteriöse Higgsboson, das allen Elementarteilchen ihre Masse verleiht, ist ein Elementarteilchen.

Ein Teilchenphysiker entwickelt und testet Theorien für die Beschreibung dieser Teilchen und deren Wechselwirkungen. Im Prinzip können alle andere physikalischen Gesetze aus diesen Theorien abgeleitet werden. Die erfolgreichste dieser Theorien ist das Standardmodell, das drei der vier fundamentalen Wechselwirkungen in einer kohärenten Weise beschreibt.

Das im Moment wichtigste Testgelände für diese Theorien der Elementarteilchenphysik ist der Large Hadron Collider (LHC) am CERN. Der LHC is der weltgrößte und weltenergiereichste Teilchenbeschleuniger. Tausende theoretische und experimentelle Teilchenphysiker arbeiten dort zusammen, um das Standardmodell zu erkunden und testen. Ein Ziel ist es, Abweichungen vom Standardmodell (genannt “Neue Physik") zu finden und Hinweise auf Effekte zu identifizieren, die klären könnten, woher das Standardmodell seine Struktur hat.

Was macht ein Teilchenphysiker?

Es gibt zwei Arten von Teilchenphysikern: theoretische und experimentelle Teilchenphysiker

Theoretische Teilchenphysiker benutzen die Quantentheorie und zum Beispiel das Standardmodell, um Vorhersagen für Observablen zu machen, die man bei einem Experiment messen kann. Meistens werden solche Rechnungen zu ersten Mal überhaupt von einem Mensch ausgeführt, weshalb es wichtig ist, sehr sorgfältig und absolut fehlerfrei zu arbeiten. Dass solche Rechnungen wirklich richtig ausgeführt werden, ist also extrem wichtig. Aufgrund der Komplexität der Berechnungen benutzen theoretische Teilchenphysiker oft Computer, wobei dabei sowohl numerische als auch algebraische Methoden genutzt werden. Ausserdem entwickeln theoretische Teilchenphysiker auch neuartige Berechnungsmethoden und erweiterte oder alternative Versionen des Standardmodells. Theoretische Teilchenphysiker benötigen auch ein gutes Wissen der experimentellen Teilchenphysik, denn es macht nur Sinn, über Fragestellungen, die auch im Experiment getestet werden können, ernsthaft nachzudenken.

Experimentelle Teilchenphysiker beschäftigen sich hauptsächlich mit dem Aufbau eines Experiments. Sie entwickeln Methoden, neuartige Messungen auszuführen. Dazu kommt die Ausführung und die Analyse der Messungen. Wichtig ist die Kenntnis der experimentellen und der statistischen Fehler, damit die Messungen auch richtig interpretiert werden können. Bei einem sehr großen Experiment wie den LHC ist die experimentelle Arbeit in großen Kollaboration organisiert, aufgrund der großen Anzahl von möglichen Messungen und der riesigen Datenmenge. Ein experimenteller Teilchenphysiker benötigt auch ein gutes theoretisches Wissen, um zu wissen, welche Messungen überhaupt interessant sind und um die Messungen dann auszuführen.

Die Teilchenphysikgruppe der Universität Wien arbeitet im Bereich der theoretischen Teilchenphysik. In Wien gibt es experimentelle Teilchenphysikgruppen am HEPHY, am SMI und am Atominstitut.

Wie kann ich an der Uni Wien ein Teilchenphysiker werden?

Ausser der Bereich Mechanik und Elektrodynamik sind sehr gute Kenntnisse der Quantenmechanik und im Speziellen der Quantenfeldtheorie unerlässlich. Um ein Teilchenphysiker zu werden muss mein ein Experte in diesem Themen sein. Quantenfeldtheorie ist dabei essentiell, da alle physikalischen Gesetzmäßigkeiten, mit welche die Eigenschaften und die Wechselwirkungen der Elementarteilchen beschrieben werden, auf der Basis von quantenmechanischen Regeln funktionieren.

 

Hier ist eine Zusammenfassung der empfohlenen Vorlesungen, um die Ausbildung zu erhalten, die notwendig ist um ein Teilchenphysiker zu werden, und um möglicherweise in der Teilchenphysikgruppe an Forschungsthemen arbeiten.