Kamień milowy dla głównych badań naukowych w Moguncji: Centrum Podstawowej Fiziki (CFP) oficjalnie otwarte

Otwarcie Centrum Fizyki Fundamentalnej (CFP): (od lewej) Prezes JGU Prof. Dr. Georg Krausch, Prof. Dr. Hartmut Wittig, koordynator klastrów i dyrektor PRISMA+, Minister finansów Doris Ahnen, Prof. Dr. Volker Büscher, odpowiedzialny za budowę CFP II, Kanclerz JGU Dr. Kerstin Burck, Prof. Dr. Kurt Aulenbacher, odpowiedzialny za budowę CFP I, Minister nauki Clemens Hoch, Prof. Dr. Matthias Neubert, koordynator klastrów i dyrektor PRISMA+ oraz dyrektor LBB Holger Basten (zdjęcie: Stefan F. Sämmer)

Z Centrum Fizyki Fundamentalnej (CFP) uzyskuje wybitne zaplecze dla czołowych badań w ramach klastru doskonałości PRISMA+ na Uniwersytecie Johannesa Gutenberga w Moguncji (JGU): Czteropiętrowy budynek laboratorium i biur (CFP II) stanowi wraz z wieloma laboratoriami badawczymi, dwupiętrową halą montażową oraz przestrzenią konferencyjną nadziemny odpowiednik podziemnego budynku rozbudowy i rozbudowy hal eksperymentalnych (CFP I), w którym w przyszłości będzie obsługiwany nowy akcelerator elektronów MESA.

"Budowa Centrum Fizyki Fundamentalnej (CFP) podkreśla: Budownictwo uniwersyteckie ma dla rządu kraju wysoką rangę. Na całościowe przedsięwzięcie CFP land i federacja przeznaczają około 105,7 miliona euro na środki budowlane i 18,3 miliona euro na urządzenia i wyposażenie początkowe. W tym zawarte są fundusze na wsparcie budowy badawczej od strony federalnej w wysokości około 30,66 miliona euro. Budowa nowego budynku badawczego, takiego jak CFP, zawsze wiąże się z wymagającym procesem planowania i budowy. Muszą być spełnione najwyższe wymagania budowlane, aby umożliwić dostosowane warunki do wymagających celów badawczych, zastosowania wysoce skomplikowanych urządzeń oraz bardzo różnych funkcjonalnych jednostek zespołów badawczych na miejscu w Moguncji" — wyjaśnia minister finansów i budownictwa Doris Ahnen.

"Uniwersytet Johannesa Gutenberga w Moguncji od dawna jest znany jako wybitne, krajowe i międzynarodowe centrum w dziedzinie fizyki jądrowej, cząstek elementarnych i hadronów, a także w budowie detektorów i pokrewnych dziedzinach badawczych. Nowy budynek badawczy tworzy bardzo dobre warunki do kontynuowania niezwykle udanego rozwoju uniwersytetu w tym obszarze. W aktualnym Atlasie finansowania 2024 Niemieckiej Fundacji Badawczej (DFG) zajmuje on pierwsze miejsce w kraju pod względem finansowania w dziedzinie fizyki, co świadczy o niezwykłej bilansie osiągnięć uniwersytetu Mainz i naukowców działających w tej dziedzinie" — mówi minister nauki Clemens Hoch. Rząd kraju wspiera to, tworząc dobre warunki i struktury dla badań najwyższej klasy, na przykład poprzez inicjatywę badawczą. W ten sposób land przyczynia się do tego, by uniwersytet był dobrze przygotowany do międzynarodowej rywalizacji o wybitny personel, młodych naukowców i fundusze, dodaje minister.

W 2012 roku w ramach ówczesnej inicjatywy doskonałości zatwierdzono klaster PRISMA ("Precyzyjna fizyka, fundamentalne oddziaływania i struktura materii") i tym samym ustanowiono nową sieć badawczą w dziedzinie fizyki cząstek i hadronów. W kolejnej rundzie strategii doskonałości kontynuowano tę historię sukcesu, a w 2019 roku uruchomiono PRISMA+ jako następcę. Obecnie prawie 300 naukowców zajmuje się w ramach klastra PRISMA+ między innymi badaniem ciemnej materii, na temat której dotąd można wyciągać tylko pośrednie wnioski, i odniosło w tej dziedzinie wybitne sukcesy naukowe w ciągu ostatnich dziesięciu lat. "Nasz klaster doskonałości ma imponujący rozwój" — mówi prezes Uniwersytetu Johannesa Gutenberga w Moguncji, prof. dr Georg Krausch. "Połączenie niespotykanych dotąd pomiarów precyzyjnych, czołowych udziałów w międzynarodowych dużych eksperymentach oraz innowacyjnych obliczeń w fizyce teoretycznej umocniło status JGU jako jednego z wiodących na świecie ośrodków fizyki cząstek, astrofizyki cząstek i hadronów. W ten sposób PRISMA+ od ponad dziesięciu lat kształtuje profil badawczy JGU i wzmacnia jej krajową i międzynarodową widoczność oraz konkurencyjność w rywalizacji o fundusze, wybitnych naukowców i młodych badaczy. Dziękujemy zatem landowi Nadrenia-Palatynat za jego inwestycje i zaangażowanie w ten bardzo wymagający technicznie projekt budowlany, który otwiera naszym naukowcom najnowocześniejsze warunki badawcze."

"CFP II mieści w szczególności specjalistyczne laboratoria do rozwoju detektorów, w tym czystą strefę i halę montażową o powierzchni 400 metrów kwadratowych do budowy dużych komponentów detektorów" — wyjaśnia prof. dr Volker Büscher, profesor na Instytucie Fizyki i odpowiedzialny za budowę CFP II. Hala wyposażona jest w zainstalowany dźwig i wjazd dla ciężarówek, aby transportować urządzenia badawcze do międzynarodowych instytucji badawczych, takich jak CERN, lub do podziemnej hali eksperymentalnej MESA w CFP I. "W obu budynkach obecnie znajdują się idealne warunki do badań i rozwoju" — dodaje prof. dr Kurt Aulenbacher, profesor na Instytucie Fizyki Jądrowej, odpowiedzialny za budowę CFP I i kierownik zespołu projektowego budowy nowatorskiego akceleratora.

Techniczne i budowlane cechy różnych budynków w CFP

Wyzwanie przy budowie podziemnych hal eksperymentalnych (CFP I) polegało na bezproblemowym połączeniu ich z istniejącymi halami z lat 60. na głębokości do 11 metrów oraz na dostosowaniu wymagań budowlanych do pracy akceleratora. Na przykład wkopano około 36 fundamentowych pali o średnicy 1,20 metra na głębokość około 34 metrów, a dla ochrony radiologicznej wylano 2,5-metrową warstwę stropu z betonu zbrojonego w jeden dzień.

Na powierzchni 600 metrów kwadratowych powstała hala, na której zbudowano nad nią dwupiętrowy budynek techniczny o powierzchni około 590 metrów kwadratowych. Pod ziemią obecnie powstaje nowy, innowacyjny akcelerator cząstek MESA (Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator) i jest już uruchamiany. Dodatkowo dla instytutu udostępniono nową pracownię z biurami i pomieszczeniami socjalnymi o powierzchni 290 metrów kwadratowych oraz magazyn o powierzchni 240 metrów kwadratowych.

Nowy budynek laboratorium i biur CFP II jest uzupełnieniem rozbudowy istniejących podziemnych hal eksperymentalnych. Podczas planowania konieczne było wkomponowanie CFP II w mocno ograniczoną przestrzeń pomiędzy istniejącymi budynkami fizyki jądrowej a Instytutem Helmholtza w Moguncji. Nowy budynek o długości 56 metrów, szerokości 31 metrów i wysokości 23 metrów korzysta z dostępnej przestrzeni na Staudingerweg naprzeciwko Instytutu Fizyki w optymalny sposób. Grupy zaangażowane w klaster PRISMA+ są rozmieszczone w tym uzupełnionym kwartał fizyki w bezpośrednim sąsiedztwie.

CFP II mieści biura i specjalistyczne laboratoria dla sześciu nowych grup roboczych z dziedzin takich jak fizyka neutrin, fizyka cząstek astrofizycznych, ciemna materia, precyzyjna fizyka przy niskich energiach, fizyka akceleratorowa oraz laboratorium detektorów PRISMA, a także dla gościnnych naukowców. Dodatkowo dostępny jest wielofunkcyjny obszar konferencyjny dla Mainz Institute for Theoretical Physics (MITP) oraz powierzchnie biurowe dla administracji klastra doskonałości.

Techniczne i budowlane cechy różnych budynków Centrum Fizyki Fundamentalnej stanowią szczególne wyzwanie dla inżynierów specjalistów z Landesbetrieb LBB oraz dla zleconego przez niego biura głównego projektowania DGI Bauwerk (Berlin), które działa jako generalny wykonawca. Wykonawcami byli firmy Leonhard Weiss (Langen) i Lindner (Arnstorf).

"Wiele projektów Landesbetriebs LBB to nie są standardowe budynki, lecz wysoce wymagające specjalistyczne obiekty, takie jak CFP" — mówi Holger Basten, dyrektor zarządzający Landesbetrieb Liegenschafts- und Baubetreuung (Landesbetrieb LBB). "Połączenie rozbudowy stref badawczych o wysokiej ochronie radiologicznej z nadziemnym nowym budynkiem technicznym i laboratorium oraz budynkiem administracyjnym na ograniczonej przestrzeni było dużym wyzwaniem. Na początku naukowcy z JGU i LBB musieli dokładnie określić potrzeby. W fazie planowania i realizacji współpracowaliśmy z wyspecjalizowanymi partnerami z branży planistycznej i budowlanej, z których na rynku jest tylko kilku z odpowiednią wiedzą. Moje podziękowania za ich ogromne i kooperatywne zaangażowanie kieruję do wszystkich zaangażowanych, zarówno do JGU i zespołu projektowego LBB w Moguncji, jak i do generalnego wykonawcy oraz wszystkich firm wykonawczych."

Wiodące badania Moguncji – klaster PRISMA+

Klaster PRISMA+ zajmuje się podstawowymi składnikami materii i siłami działającymi między nimi. Wszystko to opisuje Model Standardowy fizyki cząstek z imponującą precyzją — a mimo to podstawowe pytania pozostają bez odpowiedzi: Dlaczego po Wielkim Wybuchu materia i antymateria nie uległy całkowitemu zniszczeniu? Z czego składa się niewidzialna ciemna materia, stanowiąca ponad 80 procent masy wszechświata? Jaka jest rola tajemniczych neutrino w wczesnym wszechświecie? Poszukiwania tej "nowej fizyki" wykraczającej poza Model Standardowy są głównym tematem PRISMA+.

Ostatnie dziesięć lat przyniosło naukowe sukcesy, takie jak udział w odkryciu cząstki Higgsa i pomiar masy bozonu W na detektorze ATLAS w CERN, wykrycie neutrino z galaktyki oddalonej o trzy miliardy lat świetlnych za pomocą eksperymentu IceCube na południowym biegunie, niezwykle precyzyjne pomiary magnetyzmu muonu w Fermilab w USA, które coraz bardziej wskazują na nową fizykę, oraz ciągłe rozbudowy eksperymentu XENON, najbardziej czułego na świecie detektora do poszukiwania ciemnej materii, w włoskich górach Gran Sasso.