Forschungsschwerpunkt Teilchenphysik

Der Sonderforschungsbereich 876 bringt die Forschungsgebiete der Datenanalyse (Big Data Analytics, Data Mining, maschinelles Lernen, Statistik) und der eingebetteten Systeme (Cyber-Physical Systems) zusammen und erweitert sie so, dass Information aus verteilten, dynamischen Datenmassen realzeitlich für Entscheidungen vor Ort verfügbar wird. Das Datenvolumen, die Heterogenität und Verteiltheit der Daten sowie ihr oft hoher Durchsatz sind im Verhältnis zu den jeweils gegebenen Rechnern zu sehen. In der Teilchen- und As­tro­teil­chen­phy­sik forschen wir an der Beseitigung von Ressourcenbeschränkungen durch hohe Dimension, Dynamik und Volumen der Daten.

Das Kompetenzzentrum Maschinelles Lernen Rhein-Ruhr hat das Ziel, Technologien des Maschinellen Lernens in Deutschland auf ein weltweit führendes Niveau zu bringen. Das Zentrum ML2R wird als einer von sechs bundesweiten Knotenpunkten zu Künstlicher Intelligenz (KI) und Maschinellem Lernen (ML) durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Beteiligt sind die Technische Universität Dortmund, die Fraunhofer-Institute für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS in Sankt Augustin sowie für Materialfluss und Logistik IML in Dortmund und die Universität Bonn. In der Teilchen- und As­tro­teil­chen­phy­sik wird hier die Entwicklung der künstlichen Intelligenz vorangetrieben und erprobt.

Der BMBF-Forschungsschwerpunkt ErUM-FSP T02 "Physik bei höchsten Energien am Large Hadron Collider" ist ein deutsches For­schungs­netz­werk aus fünfzehn Institutionen. Forschungsschwerpunkt  ist die Elementarteilchenphysik am Large Hadron Collider (LHC) am CERN, Genf, mit dem ATLAS Detektor. Die Fakultät Physik beteiligt sich dabei an der Vermessung der Eigenschaften des Top-Quarks und der Suche nach neuen physikalischen Prozessen bei höchsten Energien sowie am Betrieb des ATLAS-Experiments. Darüber hinaus ist die Fakultät im Rahmen einer Förderung von Forschungsinfrastrukturen an der Weiterentwicklung des halbleiterbasierten Spurdetektors des ATLAS-Experiments beteiligt.

Im vom BMBF geförderten Forschungsschwerpunkt ErUM-FSP T04 "LHCb: Quark-Flavor-Physik  am LHC" sind die Forschungsaktivitäten der deutschen Gruppen im Rahmens des LHCb-Experiments am Large Hadron Collider (LHC) des CERN gebündelt. LHCb auf die Untersuchung der am LHC in großer Zahl produzierten Beauty-  und Charm-Hadronen spezialisiert. Die Dortmunder Forschungen fokussieren sich auf Untersuchungen zur Materie-Antimaterie-Asymmetrie und zu äußerst seltenen Zerfällen von Beauty-Hadronen. Diese Untersuchungen erlauben die indirekte Suche nach neuen Teilchen, deren Massenskala deutlich oberhalb dessen liegt, was am LHC direkt produziert werden kann. Neben der Datenanalyse ist Betrieb und Weiterentwicklung des Experiments zentraler Bestandteil der Aktivitäten. Hier sind insbesondere die Dortmunder Arbeiten zu Entwicklung und Bau eines neuen Spurdetektors zu nennen, der zurzeit am CERN installiert wird.

Das unter BMBF-ErUM Universum geförderte Neutrino-Observatorium IceCube ist ein vielseitiger Teilchendetektor mit einem instrumentierten Volumen von einem Kubikkilometer. Neben hochenergetischen Neutrinos aus astrophysikalischen Quellen können mit IceCube sowohl atmosphärische Myonen und Neutrinos, als auch exotische Teilchen, wie magnetische Monopole nachgewiesen werden. Die As­tro­teil­chen­phy­sik-Gruppe an der TU Dortmund ist Mitglied der IceCube-Kollaboration und wird sich auch an den vorgeschlagenen Upgrades des Detektors beteiligen. Der wissenschaftliche Fokus der Dortmunder Arbeitsgruppe liegt dabei auf der Rekonstruktion von Energiespektren, der Simulation der Leptonpropagation durch verschiedene Detektormedien und der Rekonstruktion unterschiedlicher Teilcheneigenschaften, wie z. B. Energie und Richtung mit Deep-Learning-Methoden. Die multinationale IceCube-Kollaboration hat Mitgliedsinstitute in Europa, den USA, Japan und Australien.

In dem Förderbereich BMBF-ErUM Universum CTA-D werden die deutschen Beteiligungen an dem Cherenkov Teleskop Array (CTA) zusammengefasst. Im Rahmen des BMBF-Projektes beteiligen wir uns am Aufbau der zukünftigen Generation von bodengebundenen Gammastrahlen-Teleskopen, die an zwei Standorten auf der Nord- und Südhalbkugel der Erde errichtet werden. Das erste Teleskop am Nordhalbkugel-Standort auf La Palma in unmittelbarer Nachbarschaft zu MAGIC befindet sich bereits im Betrieb und liefert erste Beobachtungsergebnisse. Die Dortmunder Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler leisten hier insbesondere Beiträge zur Entwicklung der Analysepipelines und zu ersten wissenschaftlichen Beobachtungen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung von nachhaltigen und dabei effizienten Verfahren zum Management der gewonnenen Daten.

Mit einer neuen Generation von Radiointerferometern wie dem zukünftigen Square Kilometre Array (SKA) wird der Forschungsbereich großer Datenmengen für die Radioastronomie immer wichtiger. Das Radioteleskop-System MeerKAT in der südafrikanischen Karoo-Wüste ist ein bedeutender erster Schritt in diese Zukunft der Radioastronomie. Von großer Bedeutung für einen effizienten wissenschaftlichen Betrieb dieser riesigen Anlagen ist die weitgehende Automatisierung der Beobachtungen. Wir liefern im Rahmen des vom BMBF-geförderten Projektes D-MeerKAT-II zentrale Beiträge zur Robotisierung der MPG-SKA-Protoyp-Antenne, mit einem besonderen Fokus auf der Analyse von Sensordaten. Eingebettet sind unsere Aktivitäten dabei im German Long Wavelength Consortium (GLOW).