About the Theory Group

The theory group studies the strong interaction at low and medium energies. Our activities focus on the theoretical interpretation of the experiments at MAMI and at other accelerator facilities. We use both analytical methods like effective field theories and dispersion theory, and numerical simulations of nuclear structure and of Quantum Chromodynamics on the lattice.

NEWS
13.05.2022
Oustanding thesis award goes to Johanna Felicitas Ehmer
Johanna Felicitas Ehmer received the Outstanding Thesis Award of the Faculty 08 for her Bachelor of Education thesis Collision of Particles - Development of an Online Lecture Unit (Zusammenstoß von Teilchen - Entwicklung einer Online-Vorlesungseinheit). The thesis was supervised by Prof. Dr. Stefan Scherer.
01.04.2022
Photon-Photon-Wechselwirkungen innerhalb und jenseits des Standardmodells: Neue DFG-Forschungsgruppe an der JGU bewilligt
Reiner Quanteneffekt als Schlüssel zu besserem Verständnis der subatomaren Welt / Vielfältige Mainzer Expertise in neuem Forschungsprogramm gebündelt

Abb./©: Institut für Kernphysik, JGU Abb./©

In der klassischen Physik ist die Interferenz, also die Überlagerung von Lichtwellen, ein wohlbekanntes Phänomen. Eine Wechselwirkung der Lichtstrahlen untereinander im Sinne einer Streuung ist jedoch klassisch unmöglich. In der subatomaren Welt hingegen, die durch Quanteneffekte beschrieben wird, wechselwirken die Lichtquanten – auch Photonen genannt – sehr wohl miteinander.

Mehr noch: Photon-Photon-Wechselwirkungen spielen eine zentrale Rolle im Standardmodell der Teilchenphysik. Ein besseres Verständnis dieses reinen Quanteneffekts ist der Schlüssel, um zu wichtigen neuen Erkenntnissen sowohl innerhalb des Standardmodells als auch darüber hinaus zu gelangen. Die Photon-Photon-Wechselwirkung steht daher im Fokus einer neuen Forschungsgruppe an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), die gerade durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligt wurde und in den nächsten vier Jahren zunächst mit etwa 3,5 Millionen Euro gefördert wird. Sprecher ist Experimentalphysiker Prof. Dr. Achim Denig, Co-Sprecher der theoretische Physiker Prof. Dr. Marc Vanderhaeghen – beide vom Institut für Kernphysik der JGU. ...

14.03.2022
Scholarships for Ukrainian PhD students

The Cluster of Excellence PRISMA+ announces scholarships for Ukrainian PhD students who have already started a PhD in the field of nuclear, hadron or particle physics and had to leave their country.

Prerequisite is a master's degree in physics. The fellowship is initially limited to a maximum of six months but can be extended. For an application or further information, please contact prisma@uni-mainz.de.

27.01.2022
Großer Erfolg für die Lehramtsausbildung am Institut für Kernphysik: Drei Masterarbeiten sind in der Ausschreibung 2021 im "BestMasters"-Programm bei Springer Spektrum erschienen

      

Mit "BestMasters" zeichnet Springer alljährlich die besten Masterarbeiten aus, die an renommierten Hochschulen in Deutschland, Österreich und der Schweiz entstanden sind. In der letzten Ausschreibung waren gleich drei Arbeiten, die in der Theoriegruppe am Institut für Kernphysik entstanden sind, erfolgreich. Im Einzelnen handelt es sich dabei um die Abschlussarbeiten von

1. Johannes Schaeffer, "SU(n), Darstellungstheorie und deren Anwendung im Quarkmodell. Eine Analyse aus mathematischer und physikalischer Perspektive";
2. Niclas Wego, "Der harmonische Oszillator. Eine Reise von der klassischen Physik in die Quantenwelt";
3. Marvin Horst, "Allgemeine Relativitätstheorie und Sternmodelle. Eine Einführung für Lehramtsstudierende".

Die Abschlussarbeiten im M.Ed.-Studiengang Physik wurden allesamt von Prof. Dr. Stefan Scherer betreut. Eine Besonderheit stellt die Arbeit von Johannes Schaeffer dar, die in Kooperation mit Frau PD Dr. Margarita Kraus aus dem Institut für Mathematik betreut wurde und gleichzeitig für den B.Sc. Mathematik anerkannt wurde. Bereits im Februar 2021 wurde Marvin Horst für seine Arbeit der Preis für herausragende Abschlussarbeiten verliehen. "Ich freue mich außerordentlich über diese großartige Auszeichnung für unsere Absolventen", sagt Frau Univ.-Prof. Dr. Concettina Sfienti, Direktorin des Instituts für Kernphysik. "Die Prämierung stellt die Qualität der Lehramtsausbildung in der Physik nachdrücklich unter Beweis. In Zeiten, in denen der Klimawandel geleugnet wird, Verschwörungstheorien als 'alternative Fakten' bezeichnet werden, 'Fake News' an die Stelle objektiver Beweise treten, ist die Vermittlung von gründlichen, fachwissenschaftlichen Kenntnissen unerlässlich."

21.01.2022
(g-2) White Paper is top-cited 2020 publication

The White Paper of the Muon (g-2) Theory Initiative, which has been published in Physics Reports and which was coauthored by theory group members Prof. Harvey Meyer, Prof. Marc Vanderhaeghen, Prof. Georg von Hippel and Prof. Hartmut Wittig, has been highlighted by INSPIRE-HEP as the top-cited 2020 publication in the "High Energy Physics – Phenomenology (hep-ph)" category. ...

10.08.2021
Atomic nuclei and leptons: milestone in the calculation of cross sections

A team led by Prof. Sonia Bacca in the PRISMA+ cluster of excellence at the Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) succeeded in computing how atomic nuclei of the Calcium element behave in collisions with electrons. For the first time, a calculation based on a fundamental theory is capable of correctly describing experiments for a nucleus as heavy as Calcium. Of particular relevance is the potential that such calculations could have in the future to interpret neutrino experiments. The renowned journal Physical Review Letters reports on the achieved milestone in its current volume.

Also cross sections of atomic nuclei probed by external fields, for example through the interaction with electrons or other particles, can be described within the same theory. This procedure is key to explaining existing data and interpreting future experiments, for example in neutrino physics —an important focus of the PRISMA+ research program. ...

31.03.2021
Unprecedented accuracy: Theoretical physicists at the PRISMA⁺ Cluster of Excellence calculate the radius of the proton

[MOGON II Supercomputer Johannes Gutenberg-University of Mainz]

In 2010, the result of a new proton radius measurement technique involving laser spectroscopy of muonic hydrogen caused a stir – in this 'special' kind of hydrogen, the electron in the shell of the atom was replaced by its heavier relative, the muon, which is a much more sensitive probe for the proton's size. The experimentalists came up with a significantly smaller value than that found following corresponding measurements of 'normal' hydrogen as well as the traditional method of determining the proton radius using electron-proton scattering. Now, for the first time, a team of theoretical physicists at Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) around Professor Hartmut Wittig have succeeded in making their calculations accurate enough to provide a clue: The latest findings point towards a smaller proton radius. ...

29.06.2020
Mehr als 130 Physiker aus aller Welt verständigen sich auf gemeinsamen Vorhersagewert für das magnetische Moment des Myons

 Seit vielen Jahren gibt es eine Abweichung zwischen dem experimentell gemessenen Wert des anomalen magnetischen Moments des Myons und seiner aktuellen theoretischen Vorhersage im Rahmen des Standardmodells der Teilchenphysik. Die letzte Messung wurde vor 15 Jahren am Brookhaven National Laboratory durchgeführt. Ziel weltweiter Forschungen ist es herauszufinden, ob diese Abweichung "echt" oder "lediglich" Folge systematischer Unsicherheiten in Theorie und Experiment ist. Dazu müssen beide Werte noch präziser als bisher bestimmt werden. Aktuell erwartet die Forscher-Community mit Spannung das Ergebnis einer neuen Messung am Fermilab, die um den Faktor vier genauer sein soll als die bisherige Messung. Seit letztem Jahr ist die PRISMA+-Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Martin Fertl an diesem Experiment als offizieller Partner beteiligt.

"Mit dieser Steigerung der Präzision müssen wir auch in der Theorie Schritt halten", beschreibt Prof. Dr. Hartmut Wittig die Herausforderung. Zu diesem Zweck wurde im Jahr 2017 die "Muon g-2 Theory-Initiative" ins Leben gerufen, ein weltweiter Zusammenschluss von mehr als 130 Physikern, an der von Mainzer Seite unter anderem die Theoretiker Prof. Dr. Harvey Meyer, Prof. Dr. Marc Vanderhaeghen, PD Dr. Georg von Hippel und Prof. Dr. Hartmut Wittig beteiligt sind. Für die theoretische Vorhersage hat die Muon g-2 Theory-Initiative nun erstmals einen gemeinsamen Standard gesetzt und sich auf einen neuen theoretischen Wert verständigt. ...