Prof. Dr. Christian Weinheimer

Forschungsschwerpunkte: Neutrinophysik, Dunkle Materie, (Astro-)Teilchenphysik, Kernphysik, Instrumenten- und Detektorentwicklung

Christian Weinheimer ist ein deutscher Experimentalphysiker. Er erforscht die Eigenschaften der Neutrinos, der leichtesten und häufigsten Elementarteilchen im Universum, und sucht nach der Dunklen Materie. Beide Forschungsgebiete sind von zentraler Bedeutung für offene Fragen der Teilchenphysik und für das Verständnis der Entwicklung des Universums vom Urknall bis zu seiner heutigen Struktur und seinem Materieinhalt. Die von Christian Weinheimer entwickelten Methoden und Technologien für hochempfindliche Experimente finden auch in anderen Bereichen Anwendung.

Ein Schwerpunkt von Christian Weinheimer ist die direkte Bestimmung der Neutrinomasse mit dem „Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment“ (KATRIN-Experiment) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), von dem er über 21 Jahre lang einer der beiden wissenschaftlichen Leiter war. Beim radioaktiven Zerfall von Tritium teilt sich die freigesetzte Energie zwischen einem Elektron und einem Neutrino auf. Am Endpunkt des dabei entstehenden Betaspektrums – also dort, wo das Elektron nahezu die gesamte Energie trägt – lässt die genaue Form der Spektrumskurve Rückschlüsse auf die Neutrinomasse zu. Diese Messungen erfordern extreme Präzision und ermöglichen zugleich eine hochempfindliche Suche nach neuen Teilchen und bisher unbekannten Wechselwirkungen. Mit dem Zukunftsprojekt „KATRIN++“ soll die Empfindlichkeit auf die Neutrinomasse mit einer atomaren Tritiumquelle und neuartigen differentiellen Kryodetektor- oder Flugzeitspektroskopie-Methoden nochmals deutlich gesteigert werden.

Darüber hinaus sucht Christian Weinheimer mit den XENON-Experimenten im italienischen Untergrundlabor Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) nach Dunkler Materie. Die Detektoren bestehen aus mehreren tausend Kilogramm flüssigen Xenons: Kollidiert ein Dunkle-Materie-Teilchen mit einem Xenon-Atom, erzeugt dies ein messbares Signal. Christian Weinheimer entwickelt dazu neue Verfahren, um Spuren radioaktiver Edelgase aus dem Xenon zu entfernen, die andernfalls Störsignale erzeugen und die Suche nach den extrem seltenen Wechselwirkungen mit Dunkler Materie überdecken würden. Die dadurch erreichte extrem niedrige Zahl an Störsignalen erlaubt es zudem, nach solaren Neutrinos, sehr seltenen Zerfällen und hypothetischen neuen Teilchen zu suchen. Die Forschungsgruppe um Christian Weinheimer lieferte so entscheidende Beiträge zum ersten Nachweis eines doppelten Elektroneneinfangs. Die von Christian Weinheimer zur Zeit im Rahmen seines Advanced Grants des Europäischen Forschungsrates ERC weiterentwickelten Reduktionsverfahren von Spuren radioaktiver Edelgase aus dem Xenon werden auch für das zukünftige Projekt XLZD eine große Rolle spielen.

Die von Christian Weinheimer entwickelten Detektor-, Hochspannungs- und Reinigungstechnologien finden über die Grundlagenforschung hinaus Anwendung etwa in Experimenten der Atomphysik mit hochgeladenen Ionen an Teilchenbeschleunigern sowie bei der Entwicklung eines neuartigen Detektors für die medizinische Bildgebung.