Quelle: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung 2. August 2024.

2. August 2024 – Der Startschuss für die Installation der FAIR-Beschleunigermaschine ist gefallen. Die hoch präzisen Montagearbeiten in den Gebäuden der internationalen Beschleunigeranlage FAIR in Darmstadt haben begonnen: Die ersten tonnenschweren Magnete wurden erfolgreich in dem ringförmigen Tunnel, 17 Meter unter der Erde, positioniert. Dies markiert einen entscheidenden Fortschritt in der Realisierung des hochmodernen Beschleunigers, der Ionen aller Elemente bis auf 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen wird. Die Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) wird am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in internationaler Zusammenarbeit errichtet.

FAIR ist eines der größten Bauvorhaben und eine der innovativsten Hightech-Anlagen für die Forschung weltweit. Von der FAIR-Spitzenforschung sind bahnbrechende neue Erkenntnisse über die Materie und das Universum zu erwarten. Wissenschaftler*innen aus aller Welt werden an FAIR eine Vielzahl von neuartigen Experimenten durchführen, von der Astrophysik bis zur Krebsforschung.

Die Gebäude für die aktuelle Ausbaustufe von FAIR sind fertiggestellt und die Installation der technischen Gebäudeausrüstung ist weit fortgeschritten. In den kommenden Jahren werden mehrere Tausend Hightech-Komponenten der FAIR Beschleuniger- und Experimentieranlagen installiert. Die nun installierten ersten Komponenten sind supraleitende Magnete mit einem Gewicht von jeweils rund drei Tonnen. Davon werden insgesamt 108 Stück installiert. Sie werden Teil des 1,1 km langen Ringbeschleunigers SIS100, mit dem Ionen aller Elemente auf bis zu 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden können. Die Aufgabe der Magnete ist es, die Teilchen im Ringbeschleuniger zu lenken und in der Kreisbahn auf Kurs zu halten.

„Mit dem Einbau der ersten supraleitenden Hightech-Magnete starten wir die Installation der FAIR-Beschleunigermaschine, auf die wir seit Jahren konsequent und mit größtem Engagement hingearbeitet haben“, so Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR. „Alle weltweit gefertigten High-Tech-Komponenten, die jetzt zum Einbau bereitstehen, wurden vorher in aufwändigen Verfahren entwickelt und getestet. Dieser Erfolg ist das Ergebnis akribischer Planung und des enormen Einsatzes aller Beteiligten. Ich bin stolz auf die hervorragende Zusammenarbeit unserer Mitarbeitenden, der Kooperationspartner aus Forschung und Industrie sowie der vielen Planer und Unterstützer und natürlich unserer Gesellschafter, die diesen Übergang in die nächste Realisierungs-Phase von FAIR ermöglicht haben.“ (GSI)

Über FAIR
Zurzeit wird in Darmstadt das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR, eines der größten und komplexesten Bauvorhaben für die internationale Spitzenforschung, errichtet. Auf rund 20 Hektar entstehen einzigartige Gebäudestrukturen, um neu entwickelte Hochtechnologie-Gerätschaften für die Forschung zu beherbergen und zu betreiben. Für das multinationale, hochkomplexe Mega-Bauprojekt wurde eine integrierte Bauablaufplanung entwickelt, in der Hoch-, Tief- und Ingenieurbau, Beschleunigerentwicklung und -bau, sowie die wissenschaftlichen Experimente eng aufeinander abgestimmt sind. Mit FAIR wird Materie im Labor erzeugt und erforscht werden, wie sie sonst nur im Universum vorkommt. Forschende aus aller Welt erwarten neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute.

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• physikalische Grundlagenforschung

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Quelle: FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) 20. Juni 2023.

20. Juni 2023 – Der vor kurzem erfolgte Start der ESA-Raumsonde „Juice“ war der Beginn einer ambitionierten Reise, die das Ziel hat, die Geheimnisse der Eismonde des Jupiter zu erforschen. Sie wird acht Jahre unterwegs sein, auf ihrem Weg Milliarden Kilometer zurücklegen und soll herausfinden, ob Voraussetzungen für Leben auf den Jupitermonden existieren könnten. Auch eine leistungsstarke Hightech-Entwicklung von GSI und FAIR ist bei dieser einmaligen Forschungsreise mit an Bord.

In einer Gruppe von Detektoren, die „Juice“ mit sich führt, wird ein ladungsempfindlicher Verstärker-Chip von GSI/FAIR eingesetzt. Der sogenannte PADI-X ASIC wurde im Rahmen des CBM-Experimentes entwickelt. CBM (Compressed Baryonic Matter) ist eine der zentralen Forschungssäulen des internationalen Beschleunigerzentrums FAIR, das derzeit bei GSI gebaut wird. Entstanden ist der Chip in den beiden wissenschaftlich-technischen GSI-Abteilungen Experimentelektronik und Detektorlabor, in Zusammenarbeit mit Senior-Wissenschaftler Dr. Mircea Ciobanu (Institute of Space Science, Rumänien und Universität Heidelberg).

Beim Start von „Juice“ vom Europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana aus betonte Carole Mundell, ESA-Direktorin für Wissenschaft: „Heute haben wir eine Reihe hochmoderner wissenschaftlicher Instrumente auf die Reise zu den Monden des Jupiters geschickt, die uns einen hervorragenden Blick aus nächster Nähe ermöglichen werden, welcher für frühere Generationen unvorstellbar gewesen wäre. Der riesige Datenschatz, der mit Juice erfasst werden kann, wird es der Wissenschaftsgemeinde weltweit ermöglichen, die Geheimnisse des Jupitersystems zu lüften, die Beschaffenheit und die Bewohnbarkeit von Ozeanen in anderen Welten zu erforschen und Fragen zu beantworten, die von künftigen Generationen von Wissenschaftler*innen noch nicht gestellt wurden.“

Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, ist sehr erfreut über die Beteiligung an dieser äußerst spannenden Weltraum-Mission: „Die Europäische Weltraumorganisation ESA arbeitet bereits seit vielen Jahren eng mit GSI/FAIR zusammen, um gemeinsam die vielfältigen Aspekte der Weltraumforschung voranzutreiben. So ist beispielsweise die Erforschung kosmischer Strahlung ein entscheidender Beitrag, damit Astronaut*innen und Satelliten im Weltall die besten Ergebnisse bei der Exploration unseres Sonnensystems erzielen. Außerdem könnte künstlicher Winterschlaf, ein weiteres Forschungsfeld mit großer GSI-Expertise, eine vielversprechende Schlüsseltechnologie für die Zukunft der Raumfahrt werden. ESA und FAIR organisieren seit einigen Jahren auch eine gemeinsame Sommerschule, die sich mit Strahlungseffekten im Weltraum beschäftigt. Ich freue mich sehr, dass nun eine für das künftige Beschleunigerzentrum FAIR entwickelte Hightech-Anwendung diese erfolgreiche Reihe fortschreibt und bei der Jupiter-Exploration dabei ist.“

Die „Juice“-Sonde hat auf ihrem Weg zum größten Planeten unseres Sonnensystems zehn Instrumente an Bord, mit denen sie vor allem die großen Monde des Jupiter analysieren soll. Dort wird Wasser unter einer dicken Eisschicht und damit eine Voraussetzung für Leben vermutet. Die Instrumente stammen von europäischen Partnern und der US-Raumfahrtagentur NASA und ermöglichen zahlreiche Untersuchungen, beispielsweise Laser- oder Radarmessungen, mit denen auch unter der Eisschicht Daten gesammelt werden können.

Der PreAmplifier-DIscriminator Chip (PADI) ist eine Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung (ASIC), die ursprünglich für die Benutzung bei GSI/FAIR konzipiert wurde. Diese wird zukünftig als Front-End-Elektronik zum Auslesen der zeitlichen resistiven Plattenkammern in der Flugzeitwand (TOF) des CMB-Experiments für FAIR eingesetzt werden. Somit ursprünglich für Hochenergiephysikexperimente in Bodenanlagen entwickelt, stellte sich jedoch heraus, dass PADI auch für Weltraumexperimente geeignet ist, und PADI-X wurde als Front-End-Elektronik für einen Sensor der „Juice“-Mission, das PEP/JDC-Instrument, ausgewählt und qualifiziert. PEP (Particle Environment Package) ist ein Teilchenspektrometer zur Messung von neutralen und geladenen Teilchen im Jupitersystem. Das PEP-Instrument besteht aus insgesamt zwei Einheiten mit sechs unterschiedlichen Sensoren; die wissenschaftlichen Ziele des Instruments sind die Untersuchung der Jupiter-Monde Ganymed, Kallisto, Europa und Io sowie der Magnetosphäre des Jupiter.

Bevor die „Juice“-Sonde ihre Arbeit am Jupiter aufnehmen kann, hat sie allerdings noch eine lange Strecke vor sich. Sie muss bei ihrer achtjährigen Reise zum Jupiter einmal um die Venus und dreimal um die Erde fliegen, um Geschwindigkeit aufzunehmen. Nach der Ankunft im Jahr 2031 werden die Forschenden dann unter anderem einen genauen Blick auf die Jupiter-Monde werfen können und mit ihren Analysen beginnen –mit Hilfe von Hightech aus der GSI/FAIR-Entwicklung. (BP)

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

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Quelle: FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) 30. Mai 2023.

30. Mai 2023 – Wie entstehen die Bausteine unseres Lebens? Welche Waffen können der Menschheit im Kampf gegen den Krebs helfen? Wie sind Planeten in ihrem innersten Kern beschaffen? Was passiert gerade auf dem Baufeld für eines der größten Forschungsvorhaben weltweit? Antworten auf diese und viele andere spannende Fragen gibt es beim Tag der offenen Tür, zu dem das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und das künftige Beschleunigerzentrum FAIR am Samstag, dem 15. Juli, von 10 bis 16 Uhr einladen. Die Besucher*innen können an diesem Tag mit einem Programm für die ganze Familie den Forschungscampus von GSI und FAIR kennenlernen. Für den Besuch benötigen alle Gäste ein kostenfreies Ticket, das aus organisatorischen Gründen vorab elektronisch zu buchen ist über www.gsi.de/tagderoffenentuer. Der Ticketerwerb ist ab 1. Juni 2023 möglich.

Sehen. Erleben. Verstehen: Der Tag der offenen Tür bietet eine Erlebnisreise in die Wissenschaft und führt mit zahlreichen Informations- und Unterhaltungsangeboten mitten hinein in den hochmodernen Wissenschaftsbetrieb bei GSI und FAIR. Wissenschaftler*innen, Ingenieur*innen und Techniker*innen erläutern ihre Arbeit und geben Einblicke in die faszinierende Welt der Forschung. Die Möglichkeiten für die Gäste sind dabei breit gefächert. Mit dem Ticketsystem können die Besucher*innen ihren Aufenthalt im Vorfeld bequem planen und ganz individuell gestalten.

Der Campus kann an diesem Tag mit geführten Touren erkundet werden. Es stehen mehrere Rundgänge zur Auswahl, darunter auch englischsprachige und Angebote mit barrierefreiem Zugang und ohne Altersbeschränkung. Sie alle geben einen guten Überblick über Forschungseinrichtungen, Technikabteilungen, Beschleuniger und Experimente. Hier gibt es beispielsweise viel Neues zu erfahren über die Beschleunigeranlagen, durch die die Ionen während des Forschungsbetriebs mit rund 270.000 Kilometer pro Sekunde rasen können, oder die Experimente mit haushohen Detektoren, mit denen mehreren Hundert Reaktionsprodukte gleichzeitig nachgewiesen werden können. Andere buchbare Touren setzen einen Schwerpunkt auf die 20 Hektar große Baustelle für die weltweit herausragende Teilchenbeschleunigeranlage FAIR und die einzigartigen Hightech-Entwicklungen für dieses große Zukunftsprojekt.

Auf der Flaniermeile „Science Square“ nahe dem zukünftigen FAIR-Kontrollzentrum geht es um das entspannte Genießen der internationalen Atmosphäre von GSI und FAIR mit vielfältigem Catering-Angebot und Unterhaltungsprogramm. Auch dort steht die Wissenschaft im Mittelpunkt: Es gibt Mitmach-Experimente und Gelegenheiten, sich im direkten Gespräch mit Forschenden zu Themen wie Technologietransfer oder Raumfahrt zu informieren. Wer selbst in einer der spannendsten internationalen Forschungseinrichtungen arbeiten möchte, kann sich dort auch über die vielfältigen Jobmöglichkeiten bei GSI und FAIR informieren.

Der Tag der offenen Tür bei GSI und FAIR ist zugleich Teil des großen, bundesweiten Programmangebots für das Wissenschaftsjahr 2023. Die Aktion wird jährlich unter einem wechselnden Thema vom Bundesministerium für Bildung und Forschung ausgerufen, diesmal unter dem Titel „Unser Universum“. Das Thema passt besonders gut zum künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, das unter dem Motto „Das Universum im Labor“ steht. Mit FAIR wird Materie im Labor erzeugt und erforscht, wie sie sonst nur im Universum vorkommt. Forschende aus aller Welt erwarten neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute. Außerdem fällt die Veranstaltung in die Zeit der Feierlichkeiten zum 850-Jahr-Jubiläum des Darmstädter Stadtteils Wixhausen, mit dem GSI/FAIR als angrenzendem Stadtteil eng verbunden ist.

Die GSI- und FAIR-Geschäftsführer Professor Paolo Giubellino, Dr. Ulrich Breuer und Jörg Blaurock sehen mit großer Vorfreude dem Tag der offenen Tür entgegen: „Wir alle, die bei GSI und FAIR arbeiten, freuen uns sehr auf die Besucher*innen und möchten mit dem Tag der offenen Tür Begeisterung und Neugier für die Wissenschaft wecken. Es ist uns ein wichtiges Anliegen, die Öffentlichkeit über unsere Arbeit und unser Zukunftskonzept zu informieren, die Menschen zu inspirieren und das Interesse für naturwissenschaftlich-technische Themen zu stärken, auch bei dem interessierten Nachwuchs. Wissenschaft benötigt viele kluge Köpfe, die ihr Talent für die Forschung einsetzen. Wir möchten außerdem zeigen, was in internationaler Zusammenarbeit alles möglich ist und wie die Gesellschaft von der modernen Forschung profitieren kann. Deshalb hoffen wir sehr, am 15. Juli zahlreiche Gäste bei uns begrüßen zu können.“ (BP)
Informationen

Tickets: Kostenfreie Einzeltickets für den „Tag der offenen Tür“ müssen im Vorfeld erworben werden.
Buchungsportal: kostenfreie Ticketbuchung unter www.gsi.de/tagderoffenentuer (ab 1. Juni).
Buchungsoptionen: gebucht werden können
a) Tourentickets: geführte Campus- oder Baustellentouren zu festen Startzeiten (Dauer ca. 75 Minuten) mit Aufenthaltsmöglichkeit im „Science Square“
b) Flaniertickets: Aufenthalte im „Science Square“ ohne Führungen (Dauer unbegrenzt)
Pro Person können bis zu sechs Tickets gebucht werden

Einlass: Das Ticket berechtigt zum Einlass ab 10 Uhr, bitte erscheinen Sie mindestens 30 Minuten vor der gebuchten Touren-Startzeit am Eingang

Sprache: Touren werden zu bestimmten Uhrzeiten auch in englischer Sprache angeboten

Altersangaben: Im „Science Square“ ist jedes Alter willkommen; Alterseinschränkungen bei den Touren sind dem Ticketing-Portal zu entnehmen.

Barrierefreiheit: Im „Science Square“ ist Barrierefreiheit gegeben; Einschränkungen bei den Touren sind dem Ticketing-Portal zu entnehmen.

Gastronomie: Ein gastronomisches Angebot ist auf Selbstzahlerbasis vorhanden

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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Quelle: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung 14. November 2022.

14. November 2022 – Ihre Ergebnisse haben die Forschungspartner aus Deutschland, Japan, Italien, UK und USA vor Kurzem in „Scientific Reports“, einer Zeitschrift der Nature Publishing Group, veröffentlicht.

Torpor nennen Forschende den Zustand, wie ihn auch Winterschlaf haltende Tiere eingehen. In diesem Zustand werden lebenserhaltende Funktionen eines Organismus zurückgefahren: Die Körpertemperatur wird abgesenkt, der Stoffwechsel reduziert und Körperfunktionen wie Atem- und Herzfrequenz oder Sauerstoffaufnahme werden deutlich verlangsamt. Auch auf molekularer Ebene werden die Genaktivität und die Proteinbiosynthese auf ein langsameres Tempo reduziert. In der nun veröffentlichten Studie zum Thema synthetischer Torpor, also eine Art künstlich erzeugter Winterschlaf, und Schutz vor ionisierender Strahlung haben die Wissenschaftler*innen biologische Effekte nachgewiesen, die darauf hindeuten, dass synthetischer Torpor die Resistenz gegenüber Strahlung erhöht. Ein Nachweis, der langfristig für Astronauten sehr nützlich sein könnte.

Denn kosmische Strahlung gilt als eines der größten Gesundheitsrisiken für die Erforschung des Weltraums durch den Menschen. Vor allem bei zukünftigen Langzeitmissionen stellen schädliche Auswirkungen der Weltraumstrahlung eine große Herausforderung dar. Der größte Teil der Strahlungsdosis, die dabei von den Besatzungen aufgenommen wird, wird durch galaktische kosmische Strahlung (GCR) erzeugt, das heißt durch hochenergetische geladene Teilchen, einschließlich dicht ionisierender schwerer Ionen, die in fernen Galaxien entstehen. Die Energie dieser Teilchen ist so hoch, dass die Abschirmung des Raumfahrzeugs sie nicht aufhalten kann und zu einer Strahlenbelastung führt, die über einen sehr langen Zeitraum mehr als 200 Mal höher ist als die Hintergrundstrahlung auf der Erde. Deshalb wird für künftige Missionen nach geeigneten Strahlungsschutzmaßnahmen geforscht.

„Die Zusammenhänge zwischen Torpor und Strahlenresistenz stellen einen hoch innovativen Forschungsansatz dar. Unsere aktuellen Ergebnisse lassen darauf schließen, dass synthetische Torpor ein vielversprechendes Instrument zur Verbesserung des Strahlenschutzes im lebenden Organismus während einer langfristigen Weltraummission ist. Er könnte somit eine effektive Strategie zum Schutz des Menschen bei der Erforschung des Sonnensystems darstellen“, fasst der Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, Professor Marco Durante, zusammen.

Zwar ist bereits bekannt, dass Tiere, die natürlichen Winterschlaf halten, in diesem Zustand eine Strahlenresistenz erwerben. Doch die aktuelle Studie ist deshalb so bedeutsam, weil nun zum ersten Mal bei nicht Winterschlaf haltenden Tieren (Ratten) ein biologischer Zustand, der dem Winterschlaf ähnlich ist, herbeigeführt wurde und eine Strahlenresistenz gegenüber hochenergetischen Schwerionen nachgewiesen werden konnte. In Experimenten am japanischen Gunma University Heavy-ion Medical Center wurden beschleunigte Kohlenstoff-Ionen zur Simulation der Strahlung im Weltraum verwendet. Die anderen In-Vitro-Zellexperimente wurden auf dem GSI/FAIR-Campus in Darmstadt durchgeführt und waren Teil der Experimentierzeit FAIR-Phase 0.

Die beiden Hauptergebnisse des Forschungsteams nach Bestrahlung und Induzierens eines synthetischen Torpors belegten die Annahmen: Synthetischer Winterschlaf kann eine schützende Wirkung vor einer eigentlich tödlichen Dosis an Kohlenstoff-Ionen haben. Synthetischer Winterschlaf reduziert außerdem die Gewebeschäden bei einer Ganzkörperbestrahlung.

Außerdem konnten die Wissenschaftler*innen von GSI bei ihren Untersuchungen an Gewebezellen von Ratten den zugrundeliegenden Mechanismus näher charakterisieren und zeigen, dass eine geringere Sauerstoffkonzentration in den Geweben (Hypoxie) und ein reduzierter Stoffwechsel bei niedriger Temperatur (Hypothermie) zwei wichtige Faktoren bei der Verhinderung von Zellschäden sein können. Die immunhistologischen Analysen deuteten darauf hin, dass der synthetische Torpor das Gewebe vor energetischer Ionenstrahlung schont. Zudem könnten sich Veränderungen im Stoffwechsel bei niedrigen Temperaturen auch auf die DNA-Reparatur auswirken.

Noch ist viel Forschung nötig, um die strahlenschützende Wirkung des synthetischen Torpors in Organen zu untersuchen und besser zu verstehen. Und noch ist es technisch nicht möglich, Menschen auf sichere und kontrollierte Weise in einen Winterschlaf zu versetzen. Doch die Forschung schreitet voran. Erst vor Kurzem waren die neuronalen Bahnen, die den Torpor steuern, enträtselt worden. Nun fügt die aktuelle Veröffentlichung einen weiteren wichtigen Baustein hinzu.

Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, unterstreicht, dass das derzeit bei GSI entstehende internationale Beschleunigerzentrum FAIR einzigartige Möglichkeiten für Forschung im Bereich der kosmischen Strahlung bieten wird. „Bereits jetzt ist GSI in der Lage, Strahlen schwerer Kerne zu produzieren, wie sie in der kosmischen Strahlung vorkommen. An FAIR werden Experimente mit einem viel größeren Spektrum an Teilchenenergien und -intensitäten möglich sein. Dies wird es Forschenden ermöglichen, die Auswirkungen der kosmischen Strahlung auf den Menschen und auf die technischen Instrumente zu untersuchen, die für die Ermöglichung menschlicher Marsmissionen von grundlegender Bedeutung sind. Ich freue mich sehr, dass die Europäische Weltraumorganisation ESA seit vielen Jahren mit FAIR zusammenarbeitet, um diesen Forschungsbereich voranzutreiben.“

Originalpublikation:
https://www.nature.com/articles/s41598-022-20382-6

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• Kosmische Strahlung

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Quelle: Goethe-Universität Frankfurt am Main 10. Oktober 2022.

10. Oktober 2022 – Seit 2008 bildet ein Rahmenvertrag die Grundlage der engen wissenschaftlichen Kooperation zwischen der Goethe-Universität Frankfurt und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt. Jetzt wurde der Rahmenvertrag erneuert und unter rechtlichen sowie wissenschaftspolitischen Gesichtspunkten aktualisiert. Beschleuniger- und Schwerionenphysik sowie die „grüne“ IT-Technologie werden jetzt erstmals als konkrete Forschungsgebiete im Vertrag festgehalten.

Im wissenschaftlichen Netzwerk der Rhein-Main-Region kooperieren das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und die Goethe-Universität seit vielen Jahren eng miteinander. Es gibt acht gemeinsam berufene Professoren etwa in der theoretischen Physik und der Beschleunigerphysik, außerdem zahlreiche Kooperationsprojekte, zum Beispiel die Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR (HFHF), einem Think Tank der physikalischen Grundlagenforschung, und die Graduiertenakademie GRADE Center for Hadron and Ion Research, die an der Goethe-Universität angesiedelt ist. Auch der Green-IT-Cube der GSI, eines der leistungsfähigsten und energieeffizientesten Rechenzentren der Welt, geht auf eine Entwicklung von Wissenschaftlern von Goethe-Universität und GSI zurück.

Prof. Enrico Schleiff, Präsident der Goethe-Universität Frankfurt, erläutert: „Die GSI mit der großen Beschleunigeranlage FAIR, die gerade erbaut wird, ist seit vielen Jahren ein äußerst wichtiger strategischer Kooperationspartner für die Goethe-Universität Frankfurt. So qualifizieren wir in GRADE und in der Helmholtz Forschungsakademie HFHF gemeinsam die nächste Generation junger, talentierter Forscherinnen und Forscher und öffnen ihnen Möglichkeiten, sich wissenschaftlich zu etablieren. Weiterhin haben wir im vergangenen Jahr das vom Land Hessen geförderte Schwerpunktprojekt ELEMENTS gestartet, an dem die Goethe-Universität, das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und die TU Darmstadt beteiligt sind.“ Bei ELEMENTS experimentieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Teilchenbeschleunigern, um die Materie in extremen astrophysikalischen Objekten wie Neutronensternen zu verstehen und mit theoretischen Modellen zu beschreiben.

Präsident Schleiff ist überzeugt: „Mit der GSI verbindet uns die physikalisch-mathematische Grundlagenforschung, eines der prägenden Forschungsthemen der Goethe-Universität, die wir in unserem Profilbereich ‚Space, Time & Matter‘ gebündelt haben: Hier arbeiten rund 150 Professorinnen und Professoren und 1000 Mitarbeitende und bilden 10.000 Studierende aus. Zusammen mit der GSI wollen wir die Spitzenforschung in diesem Bereich weiter vorantreiben. Aber der neue Kooperationsvertrag geht weit über die Zusammenarbeit in der Forschung hinaus und bietet somit auch Raum für neue Kooperationsformate bis in die Verwaltung hinein.“

Prof. Paolo Giubellino, wissenschaftlicher Geschäftsführer des GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, erklärt: „Mit FAIR entsteht bei GSI eine weltweit einzigartige Beschleunigeranlage für die Forschung in der Teilchen- und Kernphysik, mit der wir neue Erkenntnisse zum Aufbau der Materie und zur Entwicklung des Universums gewinnen werden. Die enge Partnerschaft mit der Goethe-Universität wird unseren wissenschaftlichen Erfahrungsaustausch weiter fördern und die Grundlagenforschung in diesem faszinierenden Wissenschaftsfeld ausbauen. Neben dem reinen Erkenntnisgewinn erwarteten wir auch hochspannende wissenschaftliche Ergebnisse aus der biomedizinischen Strahlenforschung und der Materialforschung. Und hochtechnologische Neuentwicklungen in den Bereichen Detektor- und Sensortechnologien oder in energiesparenden Supercomputern generieren nicht nur Nutzen für die Wissenschaft, sondern auch für Wirtschaft und Gesellschaft. Wir sind froh, mit der Goethe-Universität einen so starken Forschungspartner zu haben.“

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• physikalische Grundlagenforschung

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Quelle: Goethe-Universität Frankfurt am Main.

15. Dezember 2021 – Maschinenbauingenieurin, Pilotin oder Physikerin? Dass sich Hannah Elfner nach dem Abitur für das Physikstudium entschieden hat und sie dann bald zielsicher das Quark-Gluon-Plasma erforschen wollte, ist ein Glücksfall für dieses Forschungsgebiet. Denn bereits in ihrer preisgekrönten Dissertation wies die Physikerin daraufhin, dass die Phasenabläufe im Quark-Gluon-Plasma weitaus komplexer sind als damals angenommen. Für weitere Erkenntnisse über den extrem kurzen Moment nach dem Urknall erhielt sie neben anderen Preisen 2016 den renommierten Heinz Maier-Leibnitz-Preis für Nachwuchswissenschaftler.

Zu dieser Zeit erforscht sie schon seit vier Jahren in Frankfurt, wie sich Schwerionenkollisionen, mit denen experimentelle Physiker Prozesse nach dem Urknall simulieren und bei denen das Quark-Gluon-Plasma unter extremer Dichte entsteht, mit mathematischen Modellen beschreiben lassen. Als eine der jüngsten Physikprofessorinnen in Deutschland berufen, besetzt Elfner eine Doppelstelle am Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) an der Goethe-Universität und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung. Inzwischen lehrt und forscht sie auf einer unbefristeten Professur an der Goethe-Universität, wo sie unter anderem in das Cluster-Projekt „Elements“ eingebunden ist. Seit wenigen Monaten koordiniert sie zudem die Theorieabteilung am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, wo sie zuvor mehrere Jahre lang eine Nachwuchsforschungsgruppe leitete.

Ein Glücksfall ist Hannah Elfner aber auch für das Team ihrer Nachwuchswissenschaftler. In der Laudatio zur „Scientist of the Year“-Auszeichnung beschreiben ehemalige und aktuelle Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter eindrücklich die individuelle Zuwendung, die die Physikprofessorin jedem einzelnen ihrer Studierenden und Doktoranden zukommen lässt – was unter anderem ein Grund dafür ist, dass Hannah Elfner nun als „Scientist of the Year“ ausgezeichnet wird. Universitätspräsident Enrico Schleiff sagt: „Frau Elfner ist eine exzellente junge Wissenschaftlerin, die sich sehr für ihr Fach und ihr Team einsetzt und mit ihrer Expertise ideal zu unseren Forschungsschwerpunkten beiträgt. Dass dieses Engagement von der Kassel-Stiftung gewertschätzt und unterstützt wird, freut mich natürlich ganz besonders.“ Den Preis „Scientist oft the Year“ vergibt die Alfons und Gertrud Kassel-Stiftung alle zwei Jahre an Forschende, die sich ergänzend zur eigenen herausragenden wissenschaftlichen Arbeit auch um die Nachwuchsförderung verdient machen; ein Teil des Preisgeldes in Höhe von 25.000 Euro soll deshalb auch in die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses fließen. Die für Anfang Dezember geplante feierliche Übergabe des Preises wurde pandemiebedingt nun auf das Frühjahr verschoben.

Sehr viel Spaß mache ihr die Arbeit mit den Studierenden, betont die Physikerin. Ein weiteres Motiv für ihr großes Engagement für den Nachwuchs: Sie möchte Studierende für ihr Fachgebiet zwischen theoretischer Grundlagenforschung und Experimentalphysik interessieren. In ihrer Arbeitsgruppe werden realistische dynamische Beschreibungen für Kollisionen von Atomkernen von Gold oder Blei unter Quasi-Lichtgeschwindigkeit entwickelt, die mit Teilchenbeschleunigern wie am CERN ausgelöst werden. 2025 soll der Bau des neuen internationalen Beschleunigerzentrums FAIR bei GSI in Darmstadt abgeschlossen sein. Von den Experimenten, die dort stattfinden sollen, erwarten Hannah Elfner und ihr Team genau auf ihre Fragestellungen passende Daten.

Von ihrem zweijährigen Aufenthalt an der US-amerikanischen Duke-University hat die Physikerin das Wissen mitgebracht, wie sie die mathematischen Berechnungen der Atomkernkollisionen in hoher Qualität visualisieren kann: eben jenen extrem kurzen Moment, bei dem die Protonen und Neutronen des Atomkerns zu kleineren Teilen, den Quarks, zerfallen und diese getrennt von den Gluonen auftreten, mit denen sie sonst „zusammenkleben“. Die faszinierenden Bewegungsbilder des Quark-Gluon-Plasmas dienen den Wissenschaftlern auch als Kontrolle für ihre Berechnungen: Mathematische Fehler werden sofort sichtbar. Die ästhetisch beeindruckenden Visualisierungen, die die extrem kurzen Prozesse bei einer Temperatur von einer Billion Grad darstellen, können aber auch Laien eine Ahnung vom „Big Bang“, dem Urknall, vermitteln.

Hannah Elfner hat die Bilder deshalb immer im Gepäck, wenn sie außerhalb der Universität – bei Vorträgen in Volkshochschulen oder Schülerprojekten beispielsweise – über ihr Forschungsgebiet berichtet. Bei solchen bürgernahen Terminen sagt Sie immer gern zu. Denn Wissenschaftskommunikation ist ihr wichtig. Und außerdem, sagt sie, solle man ruhig sehen, „dass auch Frauen Physikprofessoren sein können.“

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• Urknall

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Quelle: JLU.

8. Oktober 2021 – Die Erforschung atomarer und subatomarer Teilchen in nationalen und internationalen Großforschungseinrichtungen stehen im Fokus von Arbeitsgruppen an deutschen Universitäten, die das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit dem Verbundforschungsprogramm „Teilchen“ fördert. Gießener Arbeitsgruppen aus den Physikalischen Instituten der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) engagieren sich insbesondere bei der derzeit bei Darmstadt im Bau befindlichen internationalen Forschungseinrichtung FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research). Um die auf FAIR ausgerichtete Wissenschaft zu unterstützen, ist kürzlich die neue Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR (HFHF) mit den drei Standorten Darmstadt, Frankfurt und Gießen bewilligt worden.

Für den Aufbau und für die Durchführung von Experimenten bei FAIR sowie für theoretische Untersuchungen erhalten die Gießener Arbeitsgruppen bis Mitte 2024 Mittel aus dem BMBF-Verbundforschungsprogamm „Teilchen“ in Höhe von 4,5 Millionen Euro. Mit einer weiteren Million Euro fördert das BMBF Gießener Beiträge zum japanischen BELLE-II-Experiment, an dem exotische Teilchen erzeugt und untersucht werden, sowie zum ATLAS-Experiment am weltweit größten Teilchenbeschleuniger LHC des internationalen Forschungszentrums CERN in Genf. In naher Zukunft werden an FAIR modernste Teilchenbeschleuniger, Ionenspeicherringe und Teilchendetektoren neuartige Einblicke in die Eigenschaften der fundamentalen Bausteine der Materie („Teilchen“) sowie ihr Verhalten unter extremen Bedingungen gestatten. Im Labor werden dabei Temperaturen und Drücke erzeugt, welche kurz nach dem Urknall im frühen Universum herrschten oder heutzutage bei Sternexplosionen und Kollisionen von Neutronensternen auftreten.

„Die Gießener Arbeitsgruppen leisten einen signifikanten Beitrag zum Bau der Detektoren für FAIR in Hessen“, so JLU-Präsident Prof. Dr. Joybrato Mukherjee. „Mit den bewilligten Fördermitteln treiben sie Forschung voran, die grundsätzliche Fragestellungen wie den Ursprung der Masse, die Eigenschaften der Bausteine der Materie sowie deren Wechselwirkung bei der Entstehung unseres Universums aufklärt. Ich gratuliere allen Beteiligten herzlich zu diesem großen Erfolg.“

Das Forschungsprogramm bei FAIR wird von den vier Säulen APPA (Atomic and Plasma Physics and Applications), CBM (Compressed Baryonic Matter), NUSTAR (Nuclear Structure, Astrophysics and Reactions) und PANDA (Antiproton Annihilation in Darmstadt) getragen. Die Gießener Physik ist in allen vier Forschungssäulen aktiv. Im Rahmen von APPA entwickelt die Arbeitsgruppe Atom- und Molekülphysik (I. Physikalisches Institut, Apl. Prof. Dr. Stefan Schippers) einen intensiven Elektronenstrahl für Präzisionsmessungen an Schwerionen im FAIR-Ionenspeicherring CRYRING zur hochgenauen Überprüfung quantentheoretischer Vorhersagen. Überdies koordiniert die Gießener Atom- und Molekülphysik den Forschungsschwerpunkt ErUM-FSP T05 „Aufbau von APPA bei FAIR“, der alle an APPA beteiligten deutschen Universitätsgruppen umfasst.

Die Untersuchung von Kernen weitab der Stabilität wird in der NUSTAR-Säule vorangetrieben, an der die Gießener Physik mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Christoph Scheidenberger (II. Physikalisches Institut) beteiligt ist und hochpräzise Detektoren baut. Für das PANDA-Experiment, das exotische hadronische Zustände mit weltweit einzigartiger Präzision vermessen wird, ist die Gießener Physik an der Entwicklung und dem Bau von zwei Subdetektoren beteiligt: Die Gruppe um Prof. Dr. Kai-Thomas Brinkmann (II. Physikalisches Institut) baut das elektromagnetische Kalorimeter sowie einen Mikro-Vertex-Detektor. Das CBM-Experiment wird hochdichte Materie untersuchen, ähnlich wie sie in der Kollision von Neutronensternen oder schwarzen Löchern erzeugt wird. Hier entwickelt und baut die Gruppe von Prof. Dr. Claudia Höhne (II. Physikalisches Institut) einen RICH-Detektor; für spezielle materialtechnische Aspekte besteht eine Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Michael Dürr (Institut für Angewandte Physik). Ein Teil dieser RICH-Entwicklung wird bereits jetzt in dem derzeit laufenden HADES-Detektor bei GSI eingesetzt. Auf Basis der Theorie der starken Wechselwirkung berechnen die Gruppen von Prof. Dr. Christian Fischer, PD Dr. Bernd-Jochen Schaefer und Prof. Dr. Lorenz von Smekal am Institut für Theoretische Physik mit modernen numerischen Verfahren und aufwendigen Simulationen die Eigenschaften der kleinsten Teilchen und der aus ihnen aufgebauten hadronischen Materie unter extremen Bedingungen. Auf diese Weise entstehen theoretische Vorhersagen, welche in den PANDA- und CBM-Experimenten überprüft werden können.

Das starke Engagement am Zukunftsprojekt FAIR wird abgerundet durch Beteiligungen an anderen derzeit Daten aufzeichnenden Forschungsanlagen weltweit, wie dem CERN (ATLAS-Experiment, Prof. Dr. Michael Düren, AR Dr. Hasko Stenzel) in der Schweiz oder dem KEK (BELLE-II-Experiment, Prof. Dr. Claudia Höhne, Apl. Prof. Dr. Jens-Sören Lange) in Japan. Zu letzterem hat die JLU ein elektronisches System für Datentransfer mit Glasfasertechnologie und höchster Bandbreite – um den Faktor 20 schneller als der „5G“-Standard – beigesteuert.

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• Urknall

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