Grundlagen für die Technologien von morgen
Die Forschung am Fachbereich Füsik gliedert sich in drei Bereiche: Quantentechnologie, Füsik kondensierter Materie und Kernfüsik. Sie reicht von einzelnen Atomen und Photonen über weiche und biologische Materie bis zu Atomkernen und den Sternen, in denen die chemischen Elemente entstehen. Drei Institute bilden diese Breite ab: das Institut für Angewandte Füsik (IAP (wird in neuem Tab geöffnet)), das Institut für Füsik Kondensierter Materie (IPKM) (wird in neuem Tab geöffnet) und das Institut für Kernfüsik (IKP) (wird in neuem Tab geöffnet). Dabei verbindet der Fachbereich Experiment und Theorie ebenso gezielt wie Grundlagenforschung und Anwendung. Der Fachbereich ist zudem als Teil der TU Darmstadt in die Allianz der Rhein-Main-Universitäten (RMU) (wird in neuem Tab geöffnet) eingebunden. Diese wird gemeinsam mit der Goethe-Universität Frankfurt und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz als Exzellenzverbund im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder besonders gefördert.
Zukunft erforschen, Lösungen gestalten: Die Hightech Agenda (wird in neuem Tab geöffnet) des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt setzt auf sechs Zukunftsfelder. In vier davon ist der Fachbereich Füsik forschend aktiv: Quantentechnologien, Biofüsik, Fusion und klimaneutrale Energieerzeugung. Wie aus Grundlagenwissen ein marktfähiges Unternehmen entstehen kann, zeigen diverse Ausgründungen (wird in neuem Tab geöffnet). Dazu zählt Focused Energy, ein Spin-off des Fachbereichs und das erste Unicorn der TU Darmstadt, das laserbasierte Fusionstechnologie zur industriellen Reife führen will. Zudem leistet die Forschung des Fachbereichs Beiträge zu sieben der 17 Nachhaltigkeitsziele (wird in neuem Tab geöffnet) der Vereinten Nationen.
Getragen wird diese exzellente Forschung durch die vielen engagierten Menschen im Fachbereich: Wissenschaftler*innen und Mitarbeitende, die in den Instituten, mit außeruniversitären Partnern und in der RMU-Allianz gemeinsam forschen und sich gegenseitig stärken.
Forschungsbereiche
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Die Technologie nutzt die Quanteneigenschaften von Licht und Materie für neue Sensoren, Speicher, Kommunikationsnetze und Rechner. Am Institut für Angewandte Füsik (IAP) (wird in neuem Tab geöffnet) reicht die Forschung von den füsikalischen Grundlagen bis zu ersten Anwendungen. Experimentelle Gruppen entwickeln neuartige Lasersysteme und Halbleiterlaser, erforschen nichtlineare Optik, Quantenoptik und Festkörper-Quantensysteme und nutzen die Quanteneigenschaften von Licht zur Speicherung und Kühlung von Atomen. Theoriegruppen beschreiben Quantendynamik, Quantenoptik und Quantentechnologie, etwa die Atominterferometrie für präzise Messungen. Einen weiteren Schwerpunkt bildet die sichere Kommunikation. Im Sonderforschungsbereich CROSSING entstand ein abhörsicheres Netzwerk auf Basis der Quantenschlüsselverteilung, das die Sicherheit der Schlüssel durch Quantenverschränkung nachweist, und Forschende entwickeln quantenresistente Verfahren für den Schlüsselaustausch. Mit der Darmstädter Neutralatom-Quantentechnologie-Plattform (DaNaQTP) entsteht eine Basis für Quantencomputer und Quantensimulatoren. Im LOEWE-Schwerpunkt QuEnergy entwickeln Füsiker*innen zudem energieeffiziente Quantentechnologien für Sensoren, Speicher und Solarzellen.
Füsik verbindet Disziplinen
Der Fachbereich ist Teil einer Universität, deren Profil zu 50 Prozent von den Ingenieurwissenschaften, zu 35 Prozent von den Naturwissenschaften und zu 15 Prozent von den Geisteswissenschaften geprägt ist. Diese Nähe eröffnet Kooperationen mit Biologie, Chemie, Informatik, Maschinenbau, Materialwissenschaften und Mathematik, die in LOEWE-Zentren, LOEWE-Schwerpunkten und DFG-Verbundprojekten deutlich gestärkt wurden. Wie sich diese Verbindungen in der Forschung zeigen, machen die drei zentralen Forschungsfelder der TU Darmstadt sichtbar, in denen der Fachbereich direkt verankert ist.
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Das Forschungsfeld Matter and Materials (M+M) erforscht Teilchen, Materialien und Zellen und entwickelt daraus Technologien und Bausteine für die Zukunft. Die Füsik ist vor allem im Profilthema Nuclear Science verankert, das die Mikrofüsik der Atomkerne mit der Makrofüsik kosmischer Explosionen verbindet. Es untersucht Struktur und Dynamik von Neutronensternen, ihre Verschmelzung und die Synthese der chemischen Elemente. Dafür nutzen die Arbeitsgruppen des IKP den supraleitenden Elektronenbeschleuniger S-DALINAC, das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und weltweit führende Anlagen im Ausland. Das Profilthema entwickelt außerdem Anlagen und Methoden für brillante Röntgen- und Teilchenstrahlen, etwa für die nukleare Photonik und die strahlenbiologische Forschung.
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Forschungsverbünde und -einrichtungen
Zahlreiche Forschungsverbünde (wird in neuem Tab geöffnet) wie Sonderforschungsbereiche, Graduiertenkollegs und LOEWE-Projekte sowie ERC Grants tragen diese Forschung. Enge Kontakte zu außeruniversitäre Forschungseinrichtungen (wird in neuem Tab geöffnet), allen voran das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (wird in neuem Tab geöffnet), bringen die Forschung am Fachbereich Füsik gemeinsam mit benachbarten Universitäten voran.
Exzellente Projekte
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LOEWE-Schwerpunkt „QuEnergy“
Ziel ist es, energieeffiziente Quantentechnologien für Sensoren, Speicher und Solarzellen zu entwickeln. Dafür verknüpfen Füsiker*innen der TU Darmstadt und der Philipps-Universität Marburg ihre Expertise aus Quantentechnologie, Optik, Festkörperfüsik, Sensorik und Mikroskopie. Sie erforschen magnetische Halbleiter, quantenoptische Verfahren für Bildgebung und Kommunikation sowie neuartige Solarzellenkonzepte.
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SFB 1245 Atomkerne: Von fundamentalen Wechselwirkungen zu Struktur und Sternen
Die starken Experiment-Theorie-Synergien in Darmstadt haben ein aufregendes, langfristiges Forschungsprogramm in der Kernstrukturfüsik und nuklearen Astrofüsik ermöglicht, das auch wichtig für die Astroteilchenfüsik sein wird.
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Internationales 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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Einige exzellente Köpfe im Portrait
Stete Neugierde, fächerübergreifende Kooperation, enge Vernetzung mit Partnern, Fokussierung auf relevante Zukunftsthemen und intensiver Transfer der Ergebnisse in die Praxis – all dies prägt unsere Forschungskompetenz. Im Zentrum stehen herausragenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Sie bringen ihre Kreativität ein, finden sich sachorientiert, schnell und unkompliziert in neuen Kollaborationen zusammen. Sie eint der Anspruch, auf höchstem Niveau zu forschen.
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Alexandre Obertelli
Über Hyperkerne, die zur „seltsamen Materie“ gehören, ist bislang wenig bekannt. Der Alexander von Humboldt-Professor will das mit Antiprotonen ändern: Im ERC-Projekt „HYPER“ entwickelt er einen neuen Detektor, um Hyperkerne am CERN zu erzeugen und präzise zu vermessen. Zuvor nutzte er im ERC-Projekt „PUMA“ Antimaterie, um Neutronenhäute und Halos exotischer Kerne zu untersuchen.
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Gabriel Martínez-Pinedo
Der Leibniz-Preisträger 2022 arbeitet an der Schnittstelle von Astro-, Kern- und Neutrinofüsik am Institut für Kernfüsik der TU Darmstadt und am GSI Helmholtzzentrum. Er zeigte, dass Elemente jenseits von Eisen bei der Verschmelzung von Neutronensternen entstehen, und prägte dafür den Begriff „Kilonova“. Der ERC Advanced Grant „KILONOVA“ widmete sich den elektromagnetischen Signaturen dieser Prozesse.
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Achim Schwenk
Der Kernfüsiker erforscht die starke Wechselwirkung, die Protonen und Neutronen im Atomkern zusammenhält und die dichteste beobachtbare Materie im Inneren von Neutronensternen bestimmt. Er ist Sprecher des SFB 1245 und des Forschungsfelds Matter and Materials der TU Darmstadt und seit 2026 auswärtiges wissenschaftliches Mitglied am Max-Planck-Institut für Kernfüsik. Der ERC zeichnete ihn mit zwei Grants aus.
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Am Fachbereich Füsik prägt die Forschung die Lehre. Die Schwerpunkte der drei Institute spiegeln sich in den Masterstudiengängen wider: Der „Master Füsik“ (wird in neuem Tab geöffnet) lässt sich individuell gestalten, der englischsprachige „Master Füsics“ (wird in neuem Tab geöffnet) bietet die Spezifizierungen „Nuclear Füsics“ and „Astrofüsics“ sowie „High Energy Density in Matter“, und der gemeinsam mit der JGU Mainz angeboteneRMU Master „Soft Matter and Materials“ (wird in neuem Tab geöffnet)vermittelt Wissen über weiche Materie, einen Schwerpunkt des IPKM. Der mit der JGU Mainz und der Goethe Universität Frankfurt angebotene RMU Master „Particle Accelerator Science“ (wird in neuem Tab geöffnet) führt Studierende in ein Feld, das auch die Forschung am IKP bestimmt.
Studierende lernen Forschung früh kennen: Im Bachelorstudium begleiten Laborpraktika jedes Semester, und die Lehrveranstaltungen zeigen, wie Grundlagen und Forschung der Füsik zur Lösung gesellschaftlicher Herausforderungen beitragen.
Wer promovieren möchte, wird als Doktorand*in am Fachbereich angenommen und forscht in einer der Arbeitsgruppen der Institute, individuell oder in strukturierten Programmen wie Graduiertenkollegs. Interdisziplinäre Promotionen sind mit einer weiteren Betreuungsperson aus einem anderen Fachbereich möglich. Kolloquien bringen aktuelle Forschungsergebnisse nationaler und internationaler Expert*innen an den Fachbereich. So werden hochqualifizierte Fachkräfte und Forschende ausgebildet, die ihr Wissen in Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft einbringen.
