Sarah Heim wurde nach einem erfolgreichen Antrag im Helmholtz-Programm „Förderung der Erstberufung exzellenter Wissenschaftlerinnen“ als Professorin an das Institut für Experimentalphysik der Universität Hamburg berufen. Sie wird ihre Tätigkeit als DESY-Wissenschaftlerin fortsetzen und hat ihre Professur mit dem Titel „Physik mit dem Schwerpunkt Dunkle Materie und Higgs-Analyse bei ATLAS“ Anfang Dezember 2024 angetreten. 

Tatsächlich befasst sich Sarah Heims Forschung mit vielen Aspekten der Physik am Large Hadron Collider (LHC), denn ihr Ziel ist es, die wichtigsten offenen Fragen der Teilchenphysik zu beantworten –  zum Beispiel, woraus die Dunkle Materie besteht und warum es eine Materie-Antimaterie-Asymmetrie im Universum gibt. Sarah Heim ist Expertin für Messungen der Eigenschaften des Higgs-Teilchens, das 2012 am LHC nachgewiesen wurde und das als Schlüsselteilchen für die Beantwortung dieser Fragen angesehen wird. Wenn die gemessenen Eigenschaften des Higgs-Teilchens von den theoretischen Vorhersagen abweichen, würde das auf Phänomene jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik hinweisen, die zur Erklärung einiger der größten offenen Fragen der heutigen Physik beitragen könnten. Sarah Heims Team hat nicht nur einige der präzisesten Messungen des Higgs-Teilchens durch die Kombination vieler Zerfallskanäle erzielt, sondern auch den Nachweis eines bisher unentdeckten Zerfallsmodus des Higgs-Teilchens im Jahr 2021 erbringen können.

Heim testet mit ihrem Team neuartige, auf maschinellem Lernen basierende Methoden zur Erkennung von Anomalien, um weitere Ansätze zur Aufdeckung unbekannter Phänomene zu entwickeln. Diese sollen Hinweise auf Dunkle Materie unter den niederenergetischen Teilchen geben, die bei jeder Kollision am LHC erzeugt werden und die normalerweise bei der Suche nach neuen Teilchensignaturen nicht berücksichtigt werden. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftler:innen am DESY und der Universität Hamburg plant die Forscherin, ihre Aktivitäten im Bereich des maschinellen Lernens auch auf die sogenannten „Foundation Models“ auszuweiten, die zum Ziel haben, die enormen Datensätze verschiedener Experimente so zu kombinieren, dass sie alle Aspekte der Datenanalyse in der Teilchenphysik verbessern. 

Zusätzlich wird Sarah Heim in den nächsten Jahren für den Bau von hochpräzisen Tracking-Modulen für einen neuen Silizium-Streifen-Detektor für den High-Luminosity LHC mitverantwortlich sein. Der High-Luminosity LHC ist eine Verbesserungsstufe des derzeitigen LHC, der in den kommenden Jahren in Betrieb genommen werden soll. DESY koordiniert federführend den Bau einer der Endkappen dieses neuen ATLAS-Subdetektors in Zusammenarbeit mit einer Reihe von deutschen Universitäten. Der Detektor wird hochgranulare Messung von Teilchenspuren mit der erweiterten geometrischen Akzeptanz und Strahlungshärte ermöglichen, die für die bevorstehenden Kollisionen erforderlich sind – diese werden etwa zehnmal mehr Proton-Proton-Daten liefern als bisher. Der Bau ist ein gewaltiges Unterfangen, sowohl in technologischer als auch in organisatorischer Hinsicht.

Sarah Heim betont: „DESY ist ein fantastischer Ort für herausfordernde Projekte und Spitzenforschung, denn es bietet ein breites Spektrum an Fachwissen, exzellente Labor- und Computereinrichtungen und vor allem viel Unterstützung für die Vereinbarkeit von Beruf und Familie.“ 

Ihre Professur wird die Verbindungen mit der Universität Hamburg weiter stärken, die Heim schon als Nachwuchsgruppenleiterin und als Principal Investigator des Exzellenzclusters „Quantum Universe“ aufgebaut hat. Sie freut sich auf eine engere Zusammenarbeit mit ihren neuen Kolleginnen und Kollegen aus dem Institut für Experimentalphysik und natürlich mit den Studierenden aller Jahrgänge.