Mijlpaal voor de toonaangevende onderzoek van Mainz: Centrum voor Fundamentele Fysica (CFP) ingewijd

Opening van het Centrum voor Fundamentele Fysica (CFP): (v.l.n.r.) JGU-president Prof. Dr. Georg Krausch, Prof. Dr. Hartmut Wittig, cluster-coördinator en directeur PRISMA+, minister van Financiën Doris Ahnen, Prof. Dr. Volker Büscher, bouwverantwoordelijke van het CFP II, JGU-rectrix Dr. Kerstin Burck, Prof. Dr. Kurt Aulenbacher, bouwverantwoordelijke van het CFP I, minister van Wetenschap Clemens Hoch, Prof. Dr. Matthias Neubert, cluster-coördinator en directeur PRISMA+ en LBB-bestuurslid Holger Basten (foto: Stefan F. Sämmer)

Met het Centrum voor Fundamentele Fysica (CFP) krijgt de topwetenschap van de excellentiecluster PRISMA+ aan de Johannes Gutenberg-Universiteit Mainz (JGU) een uitstekende infrastructuur: Het vier verdiepingen tellende laboratorium- en kantoorgebouw (CFP II) vormt samen met meerdere onderzoekslaboratoria, een tweelaags montagehal en een conferentiegebied het bovengrondse tegenhanger van de verbouwings- en uitbreidingsbouw van de ondergrondse experimenteerhallen (CFP I), waarin in de toekomst de nieuwe elektronenaccelerator MESA zal worden bedreven.

"De oprichting van het Centrum voor Fundamentele Fysica (CFP) onderstreept: Universiteitsbouw heeft voor de deelstaatregering een hoge prioriteit. Voor de totale maatregel CFP investeren Land en Bund ongeveer 105,7 miljoen euro aan bouwmiddelen en 18,3 miljoen euro voor grote apparatuur en eerste uitrusting. Daarin zijn onderzoeksbouwsubsidies van de federale overheid in de hoogte van ongeveer 30,66 miljoen euro inbegrepen. De oprichting van een nieuw onderzoeksgebouw, zoals het CFP, is altijd verbonden met een veeleisend plannings- en bouwproces. Er moeten de hoogste bouwkundige eisen worden voldaan om op maat gemaakte randvoorwaarden te scheppen voor de veeleisende onderzoeksdoeleinden, het gebruik van de hoogcomplexe grote apparatuur en de technisch zeer uiteenlopende functieneenheden van de onderzoeksgroepen op de locatie Mainz," legt minister van Financiën en Bouw Doris Ahnen uit.

"De Johannes Gutenberg-Universiteit Mainz staat al lange tijd bekend als een voortreffelijke, nationaal en internationaal erkende locatie in kern-, deeltjes- en hadronfysica, evenals in detectorbouw en de daarmee verbonden onderzoeksvelden. Het nieuwe onderzoeksgebouw schept zeer goede voorwaarden om de zeer succesvolle ontwikkeling van de universiteit op dit gebied voort te zetten. In de huidige Förderatlas 2024 van de Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) neemt zij landelijk de eerste plaats in qua financiering in het vakgebied fysica, wat spreekt voor de opmerkelijke prestatiebalans van de Universiteit Mainz en de wetenschappers die in dit gebied onderzoek doen," zegt minister van Wetenschap Clemens Hoch. De deelstaatregering levert haar bijdrage door goede randvoorwaarden en structuren voor topwetenschap te creëren, bijvoorbeeld via het onderzoeksinitiatief. Zo draagt de staat eraan bij dat de universiteit goed is uitgerust voor de internationale competitie om toptalent, jonge onderzoekers en financieringsmiddelen, aldus de minister verder.

In 2012 werd in het kader van de toenmalige excellency-initiatie de excellentiecluster PRISMA ("Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter") goedgekeurd en daarmee een nieuwe onderzoeksverbinding in de deeltjes- en hadronfysica opgericht. In de volgende ronde van de excellencystrategie zette het succes zich voort, en in 2019 ging met PRISMA+ de opvolgcluster van start. Momenteel houden bijna 300 wetenschappers zich bezig met onder andere het onderzoek naar donkere materie, waarvan tot nu toe alleen indirecte conclusies kunnen worden getrokken over haar eigenschappen, en hebben in dit gebied in de afgelopen tien jaar uitstekende wetenschappelijke successen behaald. "Ons excellencycluster heeft een indrukwekkende ontwikkeling doorgemaakt," aldus de voorzitter van de Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Prof. Dr. Georg Krausch. "De combinatie van ongeëvenaarde precisiemetingen, leidende betrokkenheid bij internationale grootschalige experimenten en innovatieve berekeningen in de theoretische fysica heeft de status van de JGU als een van de toonaangevende centra voor deeltjes-, astroteilchen- en hadronfysica voortdurend versterkt. Op deze manier scherpt PRISMA+ al meer dan tien jaar het onderzoeksprofiel van de JGU aan en versterkt het de nationale en internationale zichtbaarheid en concurrentiekracht van de universiteit in de strijd om financieringsmiddelen, topwetenschappers en jong talent. We danken daarom de deelstaat Rheinland-Pfalz voor haar investering en haar inzet in dit technisch zeer veeleisende bouwproject, dat onze wetenschappers infrastructuur biedt voor de modernste onderzoeksomstandigheden."

"Het CFP II herbergt onder andere ook speciale laboratoria voor detectorontwikkeling, inclusief cleanroom en een montagehal van 400 vierkante meter voor de bouw van grote detectoronderdelen," legt Prof. Dr. Volker Büscher uit, professor aan het Instituut voor Fysica en bouwverantwoordelijke van het CFP II. De hal beschikt over een ingebouwde kraaninstallatie en een vrachtwageninrit om de onderzoeksapparatuur naar internationale grote onderzoeksinstellingen zoals CERN of ook naar de ondergrondse MESA-experimenthal van CFP I te vervoeren. "In beide gebouwen vinden we nu ideale onderzoeks- en ontwikkelingsomstandigheden," voegt Prof. Dr. Kurt Aulenbacher toe, professor aan het Instituut voor Kernfysica, bouwverantwoordelijke van het CFP I en leider van het projectteam voor de bouw van de nieuwe versneller.

Technische en bouwkundige eigenschappen van de verschillende gebouwen in het CFP

De uitdaging bij de bouw van de ondergrondse experimenteerhallen (CFP I) was om naadloos aan te sluiten op de bestaande experimentenhallen uit de jaren 1960 op een diepte van tot 11 meter en de bouwkundige eisen voor een versnellerbedrijf te implementeren. Zo werden ongeveer 36 funderingspalen met een diameter van 1,20 meter ongeveer 34 meter in de aarde aangebracht en werd ter bescherming tegen straling op één dag een 2,5 meter dikke gewapende betonnen plaat gegoten.

Op de 600 vierkante meter grote hal werd uiteindelijk bovengronds een tweelaags technisch gebouw met ongeveer 590 vierkante meter oppervlakte gebouwd. Ondergronds wordt momenteel al de nieuwe innovatieve deeltjesversneller MESA (Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator) opgebouwd en in gebruik genomen. Daarnaast werd een nieuwe werkplaats met kantoor- en verblijfsruimten van 290 vierkante meter en een opslaghal van 240 vierkante meter ter beschikking gesteld aan het instituut.

De laboratorium- en kantoenewbouw CFP II vormt een aanvulling op de uitbreiding van de bestaande ondergrondse experimenteerhallen. Planmatig was het de uitdaging om CFP II te integreren in de sterk beperkte ruimte tussen de bestaande gebouwen van de Kernfysica en het Helmholtz-Instituut Mainz. De nieuwbouw met een lengte van 56 meter, 31 meter breedte en 23 meter hoogte benut de voormalige open ruimte aan de Staudingerweg tegenover het Instituut voor Fysica optimaal. De groepen die betrokken zijn bij het excellencycluster PRISMA+ zijn ondergebracht in het zo aangevulde fysica-kwartier in directe nabijheid van elkaar.

Het CFP II herbergt kantoren en speciale laboratoria voor zes nieuwe werkgroepen op het gebied van neutrino-fysica, astroteilchenfysica, donkere materie, precisiefysica bij lage energie en versnellerfysica, evenals het PRISMA-detectorlaboratorium en voor gastwetenschappers. Daarnaast zijn er een multifunctionele conferentiezaal voor het Mainz Institute for Theoretical Physics (MITP) en kantoorruimten voor de administratie van het excellencycluster.

De technische en bouwkundige eigenschappen van de verschillende gebouwen in het Centrum voor Fundamentele Fysica vormen bijzondere uitdagingen voor de vakingenieurs van het Landesbetrieb LBB en het door hen ingeschakelde algemene planningsbureau DGI Bauwerk (Berlijn), dat optrad als hoofdaannemer. Als uitvoerend hoofdaannemer waren de bedrijven Leonhard Weiss (Langen) en Lindner (Arnstorf) actief.

"Veel projecten van het Landesbetrieb LBB zijn geen standaardgebouwen, maar hooggespecialiseerde bouwwerken zoals het CFP," zegt Holger Basten, directeur van het Landesbetrieb Liegenschafts- und Baubetreuung (Landesbetrieb LBB). "De combinatie van de uitbreiding van de stralingsdichte onderzoeksbunkers met bovengrondse nieuwe techniek en een nieuw laboratorium- en administratiekantoor op een beperkte oppervlakte was een grote uitdaging. Eerst moesten onderzoekers van de JGU en de LBB de behoefte nauwkeurig definiëren. In de fase van planning en realisatie hebben we samengewerkt met gespecialiseerde partners uit de plan- en bouwsector, van wie er op de markt slechts enkele met de juiste expertise beschikbaar zijn. Mijn dank gaat uit naar alle betrokkenen voor hun enorme en coöperatieve inzet, zowel aan de JGU en het projectteam van de LBB-vestiging Mainz als aan de hoofdaannemer en alle uitvoerende bedrijven."

Mainzer topwetenschap – de excellentiecluster PRISMA+

De excellentiecluster PRISMA+ houdt zich bezig met de fundamentele bouwstenen van materie en de krachten die tussen hen werken. Al dit beschrijft het standaardmodel van de deeltjesfysica met indrukwekkende nauwkeurigheid – en laat toch fundamentele vragen onbeantwoord: Waarom hebben materie en antimaterie zich na de oerknal niet volledig vernietigd? Waaruit bestaat de onzichtbare donkere materie, die meer dan 80 procent van de massa van het heelal uitmaakt? Wat is de rol van de mysterieuze neutrino's in het vroege universum? De zoektocht naar deze "nieuwe fysica" voorbij het standaardmodel is het leidende thema van PRISMA+.

Wetenschappelijke successen van de afgelopen tien jaar zijn onder andere de medewerking aan de ontdekking van het Higgs-deeltje en de meting van de W-bosonmassa met de ATLAS-detector bij CERN, het bewijs van een neutrino uit een sterrenstelsel op drie miljard lichtjaar afstand met het IceCube-experiment op de Zuidpool, de uiterst precieze meting van de muonmagnetisme bij het Amerikaanse Fermilab, waarmee aanwijzingen voor nieuwe fysica worden versterkt, en de voortdurende uitbreiding van het XENON-experiment, de wereldwijd gevoeligste detector voor de zoektocht naar donkere materie, in het Italiaanse Gran Sasso-gebergte.