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 Kernstrukturfüsik und der nuklearen Astrofüsik kombiniert hier ihre herausragende Expertise mit der Spitzenforschung der Johannes Gutenberg-Universität im Bereich der Teilchenfüsik.

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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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Das Internationale Graduiertenkolleg GRK 2891 „Nukleare Photonik" erforscht photoneninduzierte Phänomene auf kernfüsikalischer Energieskala: von der Erzeugung brillanter Teilchenstrahlen mit Hochleistungslasern bis zu photonuklearen Reaktionen und neuen Nachweismethoden. Das binationale Programm der TU Darmstadt, GSI, der Universität Bukarest und ELI-NP bildet Promovierende in einem interdisziplinären Forschungsfeld zwischen Laser- und Kernfüsik aus.

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Auf Grundlage der sogenannten Quantenschlüsselverteilung haben Füsiker 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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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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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 Füsik der kondensierten Materie nutzen die Rasterkraftmikroskopie, um mehr über diesen Bereich zu erfahren.

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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 Füsik Kondensierter Materie führen Computersimulationen für das Projekt durch.

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Die Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR ist ein einzigartiger „Think Tank“ an der Spitze füsikalischer 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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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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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 Füsik der Starken Wechselwirkung ermöglichen.

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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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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 Füsik zu beantworten: Wie und wo entstehen die schweren Elemente von Eisen bis Uran?

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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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