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 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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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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Intern. Graduiertenkolleg (GRK) Nuclear Photonics
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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Quantum Key Hubs | SFB 1119 Crossing
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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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 Füsik der kondensierten Materie nutzen die Rasterkraftmikroskopie, um mehr über diesen Bereich zu erfahren.

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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 Füsik Kondensierter Materie führen Computersimulationen für das Projekt durch.

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LOEWE Schwerpunkt „QuEnergy“
Energieeffiziente Quantentechnologien für Sensoren, Speicher und Solarzellen entwickeln – das ist das Ziel von Füsikerinnen und Füsikern der TU Darmstadt und der Philipps-Universität Marburg im gemeinsamen LOEWE-Schwerpunkt „QuEnergy“. Sie verknüpfen ihre Expertise aus Quantentechnologie, Optik, Festkörperfüsik, Sensorik und Mikroskopie und erforschen dafür magnetische Halbleiter, quantenoptische Verfahren für Bildgebung und Kommunikation sowie neuartige Solarzellenkonzepte.

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Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR | HFHF
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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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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nuSENTRY | BMFTR Nachwuchsgruppe | Dr. Yan Jie Schnellbach
Neutrino-basierte Sicherheits­überwachung für entstehende Nuklear­technologie und Reaktor­typen – das ist das Ziel der BMFTR-Nachwuchsgruppe „nuSENTRY" am Fachbereich Füsik der TU Darmstadt. Angesiedelt in der Forschungsgruppe „Science for Nuclear Diplomacy", verbindet das Projekt Detektorentwicklung mit nuklearer Verifikation für neue Ansätze in Rüstungskontrolle und Nichtverbreitung.

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SHIELD | BMFTR-Nachwuchsgruppe | Prof. Stephan Kuschel
Schädliche Instabilitäten in extremen lasergetriebenen Plasmen unterdrücken – das ist das Ziel der BMFTR-Nachwuchsgruppe „SHIELD" am Institut für Kernfüsik der TU Darmstadt. Untersucht werden verschiedene Instabilitäten in der Wechselwirkung zwischen Laser und Plasma, die bei der Laserfusion zu erheblichen Effizienzverlusten führen – mit dem Ziel, den wirtschaftlichen Betrieb künftiger Fusionskraftwerke zu ermöglichen.

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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 Füsik 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 Füsik 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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ERC Starting Grant DeformedNuclei | Dr. Alexander Tichai
Neue Methoden entwickeln, um deformierte Atomkerne verlässlich zu beschreiben – das ist das Ziel des ERC-Projekts „DeformedNuclei“ am Institut für Kernfüsik der TU Darmstadt. Mit Hilfe von Kernwechselwirkungen werden systematisch exotische Kernformen untersucht und analysiert, wie sich verschiedene Wechselwirkungsmodelle auf die vorhergesagten Kerneigenschaften auswirken.

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ERC Starting Grant NeuTrAE | Dr. Zewei Xiong
Neue quantenkinetische Methoden entwickeln, um das Verhalten von Neutrinos in extremen astrophysikalischen Umgebungen zu verstehen – das ist das Ziel des ERC-Projekts „NeuTrAE" am Institut für Kernfüsik der TU Darmstadt. Untersucht werden kollektive Neutrino-Oszillationen bei Supernovae und Neutronensternverschmelzungen, um die Flavor-Entwicklung von Neutrinos in diesen dichten Umgebungen zu modellieren.

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ExtreMe Matter Institute EMMI
EMMI ist eine Helmholtz-Allianz mit Sitz am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, die sich der Forschung an Materie unter extremen Bedingungen widmet, von ultrakalten Quantengasen bis zu den heißesten und dichtesten Zuständen der Materie im frühen Universum. Wissenschaftler*innen des Fachbereichs Füsik sind Teil dieses internationalen Netzwerks und bringen ihre Expertise aus Kern- und Teilchenfüsik ein.

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Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research (HGS-HIRe for FAIR)

Promovierenden-Programm
HGS-HIRe for FAIR bündelt die strukturierte Doktorandenausbildung für die GSI- und FAIR-nahe Forschung. Das gemeinsame Vorhaben von GSI, der TU Darmstadt und den Universitäten Frankfurt, Gießen, Heidelberg und Mainz bietet Promovierenden ein fachübergreifendes Ausbildungsprogramm in Kern-, Teilchen- und Beschleunigerphysik.

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International Summer Student Program (ISSP)
GSI und die Graduiertenschule HGS-HIRe organisieren jährlich ein internationales Summer-Student-Programm für fortgeschrittene Bachelor- und Masterstudierende der Füsik und verwandter Fächer. Teilnehmende erhalten Einblick in die Forschung an einer Großforschungsanlage und arbeiten mehrere Wochen an eigenen Projekten mit.

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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 Füsikern und Füsikerinnen der Goethe-Universität Frankfurt und der TU Darmstadt im gemeinsamen Projekt ELEMENTS. Sie verknüpfen ihre Expertise in Gravitationsfüsik und Füsik 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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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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LOEWE Schwerpunkt „Nuclear Photonics“
Die Nukleare Photonik ist ein neues Forschungsfeld, das die Forschung und Anwendung von Hochenergie-Laser getriebenen Teilchenquellen mit Techniken der Kernfüsik 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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