Forschungsverbünde
Erfolge in Forschungsprogrammen

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fachbereichs Physik sind an verschiedenen strukturierten Forschungsverbünden beteiligt, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Europäischen Union, dem Bund oder dem Land Hessen gefördert werden.

Atomkerne: Von fundamentalen Wechselwirkungen zu Struktur und Sternen (Sprecher Prof. Achim Schwenk)

Im Sonderforschungsbereich 1245 wird die Arbeit von mehr als 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern koordiniert, um, ausgehend von effektiven Feldtheorien der starken Wechselwirkung, die Struktur der Atomkerne sowie die Entstehung der Elemente im Universum zu verstehen. Die TU Darmstadt als eines der bedeutendsten universitären Zentren der experimentellen und theoretischen Kernstrukturphysik und der nuklearen Astrophysik kombiniert hier ihre herausragende Expertise mit der Spitzenforschung der Johannes Gutenberg-Universität im Bereich der Teilchenphysik.

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Stark wechselwirkende Materie unter extremen Bedingungen (Sprecher: Prof. Dr. Guy Moore)

Wie verhält sich Materie unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen, bei denen sich Atome überlappen und miteinander verschmelzen? Solche Materiezustände können in Teilchenbeschleunigern für extrem kurze Zeiträume erzeugt werden und geben Aufschluss über die starke Wechselwirkung, die die Atomkerne zusammenhält. Im Kosmos treten solche extremen Materiezustände auf, wenn zum Beispiel Neutronensterne miteinander kollidieren. Neben der TU Darmstadt sind die Goethe- Universität und die Universität Bielefeld an diesem Sonderforschungsbreich/Transregio beteiligt.

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Quantum Key Hubs (SFB 1119 Crossing)

Auf Grundlage der sogenannten Quantenschlüsselverteilung haben Physiker der TU Darmstadt ein neuartiges, abhörsicheres Kommunikationsnetzwerk entwickelt. Das System der Darmstädter Forscher aus dem Sonderforschungsbereich CROSSING beruhtauf einem speziellen Protokoll. Das System verteilt Photonen aus einer zentralen Quelle an alle Nutzenden im Netzwerk und weist die Sicherheit der Quantenschlüssel durch den Effekt der sogenannten Quanten-Verschränkung nach.

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Strongly Secure Connection Establishment (SFB 1119 CROSSING)

Das Projekt befasst sich mit der Frage, wie quantenresistente Schlüsselaustauschprotokolle entwickelt und verwendet werden können. Bekannte Funktionsmerkmale werden von klassischen Szenarien wie Verbindungen mit geringer Latenz auf diese quantenresistente Umgebung übertragen.

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Benetzung auf der Nanoskala (SFB 1194)

Benetzungsphänomene werden auf der makroskopischen Skala durch die Young-Gleichung beschrieben. Für ein tieferes Verständnis der Phänomene ist eine hohe Auflösung der dreiphasigen Kontaktlinie im Nanometerbereich erforderlich. Forscher*innen am Institut für Physik der kondensierten Materie nutzen die Rasterkraftmikroskopie, um mehr über diesen Bereich zu erfahren.

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GRK 2128 AccelencE (Sprecher Prof. Joachim Enders)

Im Graduiertenkolleg 2128 werden Nachwuchswissenschaftler*nnen im interdisziplinären Feld der Beschleunigerwissenschaft ausgebildet. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Energy-Recovery Linacs (ERLs): Eine neue und noch wenig erforschte Klasse von Teilchenbeschleunigern, die die weitgehende Rückgewinnung der zur Beschleunigung des Teilchenstrahls aufgewendeten Energie erlauben.

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Forschungsgruppe REASSEMBLY (FOR 5207)

Das Projekt untersucht die Regenerationsfähigkeit der ehemaligen Weide- und Kakaoplantagen in einem Waldreservat im Nordwesten Ecuadors. Dazu betrachten die Wissenschaftler*innen Interaktionsnetzwerke zwischen verschiedenen Tierarten und deren Funktionen im Ökosystem Regenwald in unterschiedlich regenerierten Sekundärwäldern. Im Verbund mit ecuadorianischen Partnern vor Ort wollen sie herausfinden, wie gestörte Ökosysteme sich wieder erholen können. Wissenschaftler*innen des Instituts für Physik Kondensierter Materie führen Computersimulationen für das Projekt durch.

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LOEWE Forschungscluster ELEMENTS (Ko-Sprecher: Prof. Norbert Pietralla)

Die Dynamik von Neutronensternen verstehen, das Entstehen von Gravitationswellen und schwerster chemischer Elemente untersuchen – das ist der Forschungsanspruch von Physikern und Physikerinnen der Goethe-Universität Frankfurt und der TU Darmstadt im gemeinsamen Projekt ELEMENTS. Sie verknüpfen ihre Expertise in Gravitationsphysik und Physik von Nuklearreaktionen und werden die herausragende Infrastruktur an Beschleunigeranlagen in Hessen nutzen – darunter die entstehende FAIR-Anlage am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt.

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LOEWE Schwerpunkt Nuclear Photonics

Die Nukleare Photonik ist ein neues Forschungsfeld, das die Forschung und Anwendung von Hochenergie-Laser getriebenen Teilchenquellen mit Techniken der Kernphysik kombiniert, insbesondere mit photonuklearen Reaktionen. Die Schaffung des Internationalen Zentrums für Nukleare Photonik zielt auf die Bereitstellung einer Heimat für Projekte hessischer, deutscher und internationaler Gruppen, die neue und bedeutende Forschungsinfrastrukturen nutzen wollen.

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Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR (HFHF)

Die Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR ist ein einzigartiger „Think Tank“ an der Spitze physikalischer Grundlagenforschung. Kernstück der Forschungen ist die geplante Beschleunigeranlage FAIR an der GSI, ein über ein Kilometer umfassender Tunnel, in dem etwa Gold- und Blei-Ionen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden.

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Darmstadt-Neutralatom-Quanten-Technologie-Plattform (DaNaQTP)

Weltweit wird intensiv daran geforscht, neuartige technologische Plattformen für Quantencomputer und Quantensimulatoren zu entwickeln, die es ermöglichen, die Zahl der Qubits mit einem vertretbaren Einsatz der dafür erforderlichen zusätzlichen Ressourcen zu erhöhen. Im Rahmen des Projektes soll eine integrierte Neutralatom-Quantentechnologie-Plattform basierend auf der innovativen technologischen Basis von mikrooptischen und mikroelektromechanischen Systemen aufgebaut und in Betrieb genommen werden.

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ERC Advanced Grant EUSTRONG (Prof. Achim Schwenk)

Ziel des Projekts EUSTRONG ist es, die Starke Wechselwirkung, eine der vier Grundkräfte der Natur, im Universum zu erforschen. Die Starke Wechselwirkung ist verantwortlich für das Zusammenhalten von Neutronen und Protonen im Atomkern und für das Verständnis der dichtesten beobachtbaren Materie im Inneren von Neutronensternen. Außerdem spielen Atomkerne eine Schlüsselrolle für den Nachweis von dunkler Materie und bei der Erforschung der leichtesten Neutrino-Teilchen. EUSTRONG wird mit der Entwicklung innovativer Theorien und Methoden neue Entdeckungen in der Physik der Starken Wechselwirkung ermöglichen.

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ERC Advanced Grant BARB (Prof. Marco Durante)

Die Teilchentherapie als wirksame und präzise Strahlentherapietechnik ist stark im Wachstum begriffen. Allerdings schränken Reichweitenunsicherheit und schlechte Bildführung ihre Anwendungen immer noch ein. Im Projekt soll die Tumortherapie mit geladenen Teilchen weiterentwickelt werden. Die Verbesserung der Genauigkeit dabei der Schlüssel. Dies könne auch eine bessere Behandlung von kleineren Metastasen oder Tumoren in der Nähe kritischer Strukturen und von kleinen Zielen bei nicht-krebsartigen Krankheiten erlauben.

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ERC Advanced Grant KILONOVA (Prof. Gabriel Martínez-Pinedo)

Die Synthese von schweren Elementen in einer Neutronensternverschmelzung führt zu einem charakteristischen elektromagnetischen Signal namens Kilonova, das 2017 auch experimentell nachgewiesen wurde. Im Projekt KILONOVA sollen diese Ansätze weiterentwickelt werden mit dem Ziel, eine der grundlegenden Fragen der Physik zu beantworten: Wie und wo entstehen die schweren Elemente von Eisen bis Uran?

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ERC Consolidator Grant PUMA (Prof. Alexandre Obertelli)

Ziel des Projekts PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation) ist es, eine innovative Technik zur Untersuchung von Extrembereichen der Kerndichte unter Nutzung spezifischer Eigenschaften von Antimaterie zu entwickeln. Das Projekt widmet sich der Untersuchung von Neutronenhäuten und Halos an der Oberfläche von neutronenreichen radioaktiven Kernen zur Entwicklung des Verständnisses reiner Neutronenmaterie niedriger Dichte.

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