Künstliche Intelligenz, Quantentechnologien, fortgeschrittene Computertechnik, Weltraummissionen – Projekte für neue fortschrittliche Weltraumanwendungen florieren. Zu ihrer Umsetzung ist es unerlässlich, hochentwickelte strahlungsresistente elektronische Geräte zu verwenden und entscheidende Kenntnisse über die Abschirmungseigenschaften und die Strahlenbiologie für Astronauten auf dem Mond und darüber hinaus zu erarbeiten. Ionenstrahlen mit sehr hoher Energie (VHE), die in der Lage sind, die Auswirkungen der hochgradig durchdringenden Strahlung im Weltraum zu simulieren, sind für die Erprobung fortschrittlicher Elektronik für den Einsatz im Weltraum sowie für Abschirmungs- und Strahlenbiologietests äußerst attraktiv geworden. In Europa gibt es derartige Einrichtungen, die speziell für Weltraumanwendungen ausgelegt sind.

Das im Rahmen des Programms Horizont Europa finanzierte Projekt HEARTS (High-Energy Accelerators for Radiation Testing and Shielding) zielt darauf ab, eine europäische Infrastruktur für die Forschung und den industriellen Zugang zu Hochenergie-Schwerionenanlagen für die Bereiche Strahlungseffekte in der Elektronik, Abschirmung und Strahlenbiologie zu entwickeln und aufzubauen. Zu diesem Zweck werden zwei VHE-Ionen-Anlagen aufgerüstet und der Raumfahrtindustrie und der Wissenschaft routinemäßig zur Verfügung gestellt.

HEARTS wird dazu beitragen, einen autonomen europäischen Zugang zum Weltraum zu gewährleisten. Indem solche Einrichtungen in Europa zur Verfügung gestellt werden, sind europäische Unternehmen weniger abhängig von kritischen Einrichtungen in anderen Ländern. Es wird erwartet, dass HEARTS Europa bis zum Ende des Projekts im Jahr 2026 in die Lage versetzen wird, die derzeitige Nachfrage nach VHE-Ionen zu decken und die für das Ende des Jahrzehnts erwartete steigende Nachfrage zu erfüllen.

Das Projekt wird vom CERN koordiniert, gemeinsam mit GSI als wichtigste Hochenergie-Ionenbeschleuniger-Infrastruktur. An HEARTS sind auch die Universität Padua als akademischer Partner sowie Thales Alenia Space und Airbus Defence and Space als industrielle Mitwirkende beteiligt, die alle über umfangreiche Erfahrungen auf dem Gebiet der Strahlungseffekte verfügen und ein großes Interesse an VHE-Ionentests haben.

Von GSI-Seite wird das HEARTS-Projekt von der Abteilung Biophysik unter Leitung von Professor Marco Durante vorangetrieben. Die hier vorhandene Expertise im Bereich Weltraumstrahlungsphysik und -biologie erhält international große Anerkennung. Im Rahmen der HEARTS-Arbeitspakete wird die GSI-Biophysik entscheidende Vorbereitungen zur Nutzung des neuen FAIR-Ringbeschleunigers SIS100 für Abschirmungsprüfungen treffen.

Die Verwirklichung der Biophysik-Teststation am SIS100, die in der CBM-Experimentiercave vorgesehen ist, ist für das HEARTS-Programm von entscheidender Bedeutung, da sie einen Weltrekord bei der Simulation kosmischer Strahlung mit 10 GeV/n Fe-Ionen ermöglichen wird. Die einzige andere Einrichtung, das Brookhaven National Laboratory in den USA, das von der NASA finanziert wird, bietet einen Simulator für kosmische Strahlung mit einem Cutoff von 1 GeV/n.

Ein weiteres Arbeitspaket mit starker GSI-Beteiligung setzt den Schwerpunkt darauf, Strahlführungssensoren sowohl für die Materialabschirmung als auch für die Mikroelektronik zu definieren und zu kalibrieren. (CERN/BP)

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• HEARTS ist ein Projekt, das von der Europäischen Union unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101082402 im Rahmen des Weltraumarbeitsprogramms der Europäischen Kommission finanziert wird.
• Aufruf zur Beteiligung: Folgen Sie dem Projekt auf LinkedIn

Seit den 1960er Jahren werden Erdbeben vorhergesagt, indem man das Radon-Gas misst, das aufgrund von Bewegungen in der Erdkruste aus Mikrorissen im Gestein entweicht. „Es wird jedoch immer deutlicher, dass der in der Luft oder im Boden gemessene Radonwert durch Temperaturschwankungen und Luftfeuchtigkeit beeinflusst werden kann, so dass wir stattdessen die Werte im Grundwasser messen,“ sagt Dr. Ayse Ataç Nyberg, Professorin am KTH Royal Institute of Technology in Schweden, die das Projekt leitet.

GSI spielt bei dem Projekt eine Schlüsselrolle in Bezug auf die Realisierung der Sensorik und Analytik. Aufbauend auf Teilchen- und Strahlungsdetektoren, Signalverarbeitungselektronik und Datenverarbeitungssystemen, die für kernphysikalische Experimente an den GSI-Anlagen verwendet werden, entwickelt die beteiligte GSI-Forschungsgruppe die Sensoreinheiten für artEmis. Die Einheiten werden neben den Radon-Detektoren auch Sensoren für Temperatur, Druck, Leitfähigkeit und andere physikalische Parameter beinhalten. Durch den Einsatz von Methoden der künstlichen Intelligenz (KI), die ebenfalls aus der Grundlagenforschung bei GSI resultieren, können die Sensoreinheiten autonom betrieben werden. Der GSI-Wissenschaftler Dr. Jürgen Gerl, der im artEmis Projekt mit seinem Team für die Sensoreinheiten verantwortlich ist, bestätigt: „Wir freuen uns durch Anwendung von Detektionssystemen und Methoden unserer Grundlagenforschung einen wichtigen Beitrag zur praktischen Realisierung eines Frühwarnsystems für Erdbeben zu leisten.“  

In einem ersten Schritt werden Messungen an Verwerfungslinien in Griechenland, Italien und der Schweiz durchgeführt. Über Forschungsstationen in diesen Ländern hat das Team Zugang zu Grundwasserquellen, in denen Sensoreinheiten platziert werden können. Hunderte von solchen Einheiten, verteilt über die erdbebengefährdeten Gebiete, bilden jeweils ein Netzwerk. Die fortgeschrittene Analyse der Netzwerkdaten erfolgt durch maschinelles Lernen und KI. Ziel dabei ist es, Änderungen der lokalen Radon-Konzentration eindeutig mit seismischen Aktivitäten zu verknüpfen und andere Ursachen (Fehlalarme) auszuschließen.

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artEmis-Projekt

News des KTH Royal Institute of Technology (English only)

Gerhard Kraft wurde am 29. Oktober 1941 in Heidelberg geboren. Er studierte Physik in Heidelberg und Köln, wo er auch promoviert wurde, und arbeitete zunächst auf den Gebieten Atom- und Kernphysik. Es folgten Forschungsaufenthalte in Straßburg und Berkeley in den USA, wo er die dortigen Aktivitäten zur Ionenstrahltherapie kennengelernt hatte. Im Jahr 1973 kam er zu GSI in die Forschungsabteilung Atomphysik. Ab 1981 leitete er als Gründungsdirektor die neue GSI-Biophysik. Er hatte auch Honorarprofessuren an der Universität Kassel und der TU Darmstadt sowie eine Helmholtz-Professur der Helmholtz-Gemeinschaft inne.

Das Hauptaufgabengebiet von Professor Gerhard Kraft war die Schwerionentherapie und sein Wirken ist untrennbar mit der Initiative zur Etablierung der Schwerionentherapie in Deutschland und Europa verbunden. Seine Vision war es, ein extrem präzises Bestrahlungsverfahren zu entwickeln, bei dem die Vorteile des Ionenstrahls – seine Präzision und hohe biologische Wirkung – voll zum Tragen kommen. Dank seiner Initiative, seiner Weitsicht und Überzeugungskraft ist dieses Vorhaben gelungen. Das Verfahren für die von ihm initiierte Krebstherapie mit Ionenstrahlen wurde bei GSI in Darmstadt von der physikalischen und strahlenbiologischen Grundlagenforschung bis zur klinischen Anwendung geführt. Krebszellen werden dabei effektiv zerstört, während gesundes Gewebe geschont wird.

In gemeinsamer Forschung des GSI Helmholtzzentrums mit den Partnern – der Radiologischen Klinik der Universität Heidelberg, dem Deutschens Krebsforschungszentrum Heidelberg (DKFZ) sowie dem Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (heute HZDR) – war die damals neuartige Tumortherapie in einem Pilotprojekt entwickelt und realisiert worden. Vor der ersten Patientenbestrahlung 1997 lagen vier Jahre technischen Aufbaus der Therapie-Einheit und 20 Jahre Grundlagenforschung in Strahlenbiologie und Physik. Der Aufbau des Behandlungsplatzes bei GSI war vor allem eine Gemeinschaftsarbeit der Abteilungen Biophysik, Materialforschung, Experiment-Elektronik, Informationstechnologie und des Beschleunigerbereichs.

Professor Gerhard Kraft kämpfte mit unermüdlichem Einsatz und Durchhaltevermögen für den Aufbau dieses Pilotprojekts. Er erinnerte sich auch Jahre später mit hoher Anerkennung an die Team-Arbeit im Pilotprojekt zurück: „Die meisten haben es damals kaum für möglich gehalten, die hervorragenden biologisch-medizinischen Eigenschaften von Ionenstrahlen technisch für die Therapie nutzbar zu machen. Dies war nur möglich durch das Zusammenwirken vieler Disziplinen wie Kern- und Atomphysik, Strahlenbiologie und -medizin, Beschleunigerphysik, Informatik und noch vielen mehr.“

Von 1997 bis 2008 wurden bei GSI mit großem Erfolg über 440 Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionenstrahlen behandelt. Die vielversprechenden Erkenntnisse flossen direkt in die Konstruktion des Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrums HIT ein. In der Folge hatte sich Professor Gerhard Kraft der weiteren Verbreitung der Schwerionentherapie verschrieben und so beispielsweise den Aufbau ähnlicher Therapie-Anlagen in Marburg und Shanghai begleitet und dabei große Konzerne wie die Rhön-Klinikum AG und Siemens AG beraten. Er war außerdem Co-Autor an den Vorschlägen für die Ionenstrahl-Therapien in Pavia (CNAO) und in Wiener Neustadt (MedAustron).

Der prominente Wissenschaftler hat mit seinem Wirken die Erforschung der biologischen Wirkung von Ionenstrahlen national und international geprägt. Er war in vielen Initiativen an der Entwicklung der Ionentherapie in Europa beteiligt und war Gründungsmitglied der Ionentherapie-Initiative „European Network for Research in Light Ion Hadrontherapy“ (ENLIGHT) am CERN. Außerdem war er im Verein zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen e.V. stets ein äußerst versierter Berater. Auf seine Initiative geht auch die Etablierung einer Professur in Strahlenbiophysik an der TU Darmstadt zurück, mit der die Strahlenforschung in Deutschland maßgeblich gestärkt wurde. Zusammen mit der Abteilung Biophysik der GSI konnte damit der Standort Darmstadt zu einem der führenden Zentren der Strahlenforschung ausgebaut werden.

Auch nach seiner Emeritierung arbeitete er weiterhin intensiv in der Forschung und widmete sich dabei vor allem der Erforschung der therapeutischen Wirkung von Radon. Von dessen positiver Wirkung war er als Patient mit einer schweren chronischen Erkrankung nach vielen Radon-Kuren überzeugt. Zusammen mit seinen Kolleg*innen und Studierenden stellte er auch grundlegende Untersuchungen zum Transport und Anlagerung von Radon in Organismen an und brachte damit den Strahlenschutz zu Radon voran, ein Thema, das zunehmend an Bedeutung gewinnt. Auch hier hat sich sein untrüglicher Instinkt für wichtige Technologien und Forschungsthemen herausgestellt.

Für sein Schaffen erhielt er zahlreiche Preise, darunter den Erwin-Schrödinger-Preis der Helmholtz-Gemeinschaft 1999 und das Bundesverdienstkreuz 1. Klasse 2008. Außerdem wurde ihm 2006 von der Europäischen Strahlenforschungsgesellschaft ERRS der renommierte Bacq- und Alexander-Preis verliehen, zudem erhielt er den Otto-Hahn-Preis der Stadt Frankfurt und den Ulrich-Hagen-Preis der Deutschen Gesellschaft für Biologische Strahlenforschung.

Professor Gerhard Kraft hat in seiner Abteilung eine vorbildliche interdisziplinäre Forschungskultur geschaffen, die immer einen ausgeglichenen Anteil an Forschern und Forscherinnen aufwies und heute immer noch sehr erfolgreich ist. Er widmete sich auch unermüdlich der Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses und betreute deutlich mehr als hundert Abschlussarbeiten.

Mit seiner zukunftsweisenden Forschung zum Nutzen der Gesellschaft hat Professor Krafts Wirken Spuren hinterlassen, die sogar sichtbar bis ins tägliche Leben der Darmstädter Bevölkerung hineinreichen. So ist in den Kirchenfenstern der evangelischen Kirche im Stadtteil Darmstadt-Wixhausen die sogenannte Bragg-Kurve verewigt, die Grundlage für die Tumortherapie mit schweren Ionen; sie zeigt die Dosisverteilung der Schwerionentherapie.

Der Tod von Professor Gerhard Kraft bedeutet den Verlust einer Leitfigur für die Wissenschaft. GSI und FAIR werden Professor Gerhard Kraft stets in bester Erinnerung behalten. Seiner Familie gilt unser tiefes Mitgefühl. (BP)

Die Künstlerin möchte eine immersive interaktive Installation schaffen, die eine poetische Neuinterpretation erzeugt. „Die Möglichkeit, bei FAIR/GSI zu arbeiten und zu forschen, wird es mir erlauben, die verborgene Poesie der Physik zu erforschen, die Verbindungen, die in den Atomen und Versen pulsieren.“ sagt Violeta López López.

GSI möchte zusammen mit Kultur einer Digitalstadt und der Künstlerin interdisziplinären Austausch und Kreativität fördern. Ziel ist es, neue Perspektiven zu schaffen und Innovationen in Wissenschaft und Kunst zu inspirieren. Durch den künstlerischen Zugang können komplexe wissenschaftliche Konzepte einem breiteren Publikum vermittelt werden. Bei Expert*innengesprächen, im Open Lab und beim Final View wird das Forschungsprojekt der Residenz für alle Beteiligten und die Öffentlichkeit erlebbar.

Die "Artist-in-Science-Residence" wird mit Unterstützung des Kulturfonds Frankfurt Rhein-Main, der Dr. Hans-Riegel-Stiftung Bonn, der Wissenschaftsstadt Darmstadt und der Digitalstadt durchgeführt. (KG/BP)

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Infos zum Projekt Artist-in-Science-Residence

Presseinformationen zur Artist-in-Science-Residence 2023

Die Geschäftsführung von GSI und FAIR ist sehr erfreut über die Zusage des Bundesforschungsministeriums und des Hessischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst, die zusätzlichen Mittel für FAIR bereitzustellen und damit als Sitzland „First Science“ an FAIR zu sichern. Dies bedeutet trotz der schwierigen weltwirtschaftlichen und geopolitischen Rahmenbedingungen einen wesentlichen Schritt nach vorn für das FAIR-Projekt und für die exzellente Forschung, die an FAIR betrieben werden kann. Mit der FAIR-Ausbaustufe ‚First Science‘ können beispielsweise grundlegend neue Einblicke in den Aufbau und das Verhalten von Materie gewonnen werden und neue Möglichkeiten für die Tumortherapie mit hoch-intensiven geladenen Teilchen zum Nutzen der Gesellschaft eröffnet werden. Die wissenschaftliche Begutachtung hat das wissenschaftliche Programm von FAIR als überzeugend und in vielen Aspekten weltweit führend beurteilt.

Auch die internationalen Partner haben die Mehrkosten anerkannt und wollen zeitnah weitere Zusagen machen. Die aktuellen Entscheidungen sind somit ein herausragendes Signal für den Standort und seine Mitarbeitenden. Sie sind aber auch ein herausragendes Signal für die Wissenschaft in Deutschland und Europa.

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Pressemitteilung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung

Hessens Digitalministerin Prof. Dr. Kristina Sinemus hat heute das KI-Innovationslabors des Hessischen Zentrums für Künstliche Intelligenz (hessian.AI) am Green IT Cube des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt eröffnet. Das mit rund 10 Millionen Euro geförderte Projekt der TU Darmstadt dient als Anlaufstelle für Unternehmen, Start-ups und Wissenschaft mit dem zentralen Ziel, Zugang zu einer KI-Supercomputer-Infrastruktur zu ermöglichen.

Im Labor können KI-Systeme und -Anwendungen entwickelt, trainiert, getestet und evaluiert werden. Nutzende aus Forschung und Anwendung erhalten nicht nur Betreuung bei der Konzeption und Umsetzung von KI-Projekten und Zugang zur Infrastruktur, sondern auch Unterstützung bei der Adaption alternativer Hardware-Architekturen und können rechenintensive KI-Aufgaben durchführen. Unternehmen können so Prozesse beschleunigen, Arbeitsabläufe effizienter gestalten und Sprunginnovationen entwickeln. Branchen, die von der Recheninfrastruktur profitieren, sind zum Beispiel die Finanzwirtschaft, die Biotechnologie, die Pharmabranche sowie Mobilität und Logistik. „Nachhaltige und modernste KI-Recheninfrastruktur ist eine Voraussetzung für den langfristigen wirtschaftlichen Erfolg von Unternehmen. Mit dem KI-Innovationslabor schaffen wir ein deutschlandweit einzigartiges Zentrum, das die Gründungsdynamik in Hessen erhöht, die Innovationsfähigkeit des Landes steigern und einen Wettbewerbsvorteil leisten wird“, betonte Hessens Digitalministerin Prof. Dr. Kristina Sinemus.

Hessen zum führenden Standort für Green Start-ups machen

„Viele hessische Start-ups nutzen KI für ihre innovativen Geschäftsmodelle – von der Agratechnologie über die Finanzwirtschaft bis hin zu Umwelttechnologien. Genau deshalb kommt dem KI-Innovationslabors am Green IT Cube eine Schlüsselstelle beim Transfer aus der Wissenschaft in die Wirtschaft zu. Zugleich stärken wir Hessen als Start-up-Standort für nachhaltige Geschäftsideen. Und die brauchen wir für den Wirtschaftswandel in Hessen: Wir wollen die Transformation zum klimaneutralen Wirtschaften begleiten und Hessen zum führenden Standort für Green Start-ups machen“, sagte der hessische Wirtschaftsminister Tarek Al-Wazir und verwies darauf, dass bereits heute ein Drittel der Start-ups in Hessen Green Start-ups sind.

Für die Unterbringung der Hardware des KI-Innovationslabors in hessian.AI hat die TU Darmstadt eine Rahmenvereinbarung mit dem GSI Helmholtzzentrum geschlossen, um den wassergekühlten Green IT Cube zu nutzen, eine der in der Energienutzung nachhaltigsten Recheninfrastrukturen der Welt. Das KI-Innovationslabor wird in seiner Gesamtheit unter den Top 300 der weltweiten KI-Supercomputer sein. Mit seinen 38 Rechenknoten und 304 GPUs (Grafikkarten) und einem halben Petabyte Speicherplatz bietet es eine ausgezeichnete Infrastruktur für Forschung und Entwicklung. Die Rechner weisen ein Gewicht von ca. sechs Tonnen auf. Verbaut wurden mehrere Kilometer Kabel.

Der Einzug des KI-Innovationszentrums in den Green IT Cube schlägt eine Brücke zwischen Spitzenforschung und Anwendung, denn für den nachhaltigen Einsatz von KI und den Betrieb leistungsstarker Rechenzentren ist ein niedriger Energieverbrauch eine zentrale Voraussetzung“, erklärte Wissenschaftsministerin Angela Dorn. „Das Wissenschaftsministerium hat deshalb aus dem Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) 5,5 Millionen Euro für den Ausbau des Green IT Cube zu einem Forschungs- und Transferzentrum für Wasserkühlung von Großrechnern zur Verfügung gestellt.“

Lösungen für globale Herausforderungen entwickeln

Prof. Dr. Tanja Brühl, Präsidentin der TU Darmstadt: „Das KI-Innovationslabor schafft als zukunftsweisender Baustein des starken hessischen KI-Ökosystems ausgezeichnete Rahmenbedingungen, um die exzellente KI-Forschung in Breite und Tiefe an der TU Darmstadt und aller an hessian.AI beteiligten Hochschulen in Anwendungen zu überführen. Mit Hilfe robuster, sicherer und effizienter KI-Systeme wollen wir im Austausch mit unseren Partner:innen in Wirtschaft und Gesellschaft Lösungen für globale Herausforderungen entwickeln. Ich freue mich, dass wir dieses Ziel dank der großartigen Unterstützung der Hessischen Landesregierung weiterhin in hessian.AI umsetzen können.“
Prof. Dr. Dr. h.c. Mira Mezini, Co-Direktorin des hessian.AI: „Das KI-Innovationslabor von hessian.AI, dem hessischen Zentrum für Künstliche Intelligenz, eröffnet neue Möglichkeiten für hessische Unternehmen, Start-ups und die Wissenschaft im Umgang mit KI als Schlüsseltechnologie. Der Zugang zu großen Compute-Infrastrukturen und das Angebot individueller Services aus einer Hand in enger Anbindung an die Spitzenforschung von hessian.AI sind notwendige Voraussetzungen, damit die Potentiale für neue KI-Innovationen am Standort Hessen gehoben werden und somit KI-Souveränität gefördert wird. Es ist großartig, dass wir mit Hilfe der Hessischen Landesregierung die KI-Spitzenforschung und -Anwendung in Hessen weiter voranbringen können.“

„Hochleistungs-Computing und die Nutzung künstlicher Intelligenz spielen eine große Rolle in der modernen Wissenschaft und gewinnen rasch an Bedeutung. Unser nachhaltiges Rechenzentrum Green IT Cube bietet beste Voraussetzungen, um die Entwicklung von KI weiter voranzutreiben und mit unserer Forschung zu vernetzen. Die Fördermittel, die wir im Rahmen des REACT-EU-Programms erhalten haben, erlaubten den Ausbau der freien Kapazitäten für die Nutzung durch externe Projektpartner. Sie ermöglichen auch die Entwicklung so wichtiger Synergien wie jener, die wir heute mit Stolz einweihen können“, sagte Professor Dr. Dr. h.c. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR.

Dr. Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer von GSI und FAIR, ergänzte: „Mit dem Reallabor Digital Open Lab wurde eine Umgebung für die Entwicklung, Erprobung und das Upscaling von energieeffizientem High-Performance-Computing bis zum Maßstab industrieller Demonstratoren bereitgestellt. Im Rahmen von Kooperationen mit Wissenschaftsinstitutionen und Unternehmen, insbesondere Start-ups, bieten wir somit eine Plattform, um zu Green Computing und der Entwicklung KI-basierter Technologien beizutragen. Wir freuen uns, hessian.AI als Partner auf unserem Campus begrüßen zu können.“

Prof. Dr. rer. nat. Johannes Kabisch, Chief Scientific Officer der Proteineer GmbH: „Die Proteineer GmbH setzt KI im großen Stil ein, um zum Beispiel für unsere Kunden in riesigen Datensätzen neue Proteine für die Herstellung von mRNA-Wirkstoffen zu finden. Die Grafikprozessoren und Rechenknoten im KI-Innovationslabor werden uns dabei helfen, diese Entwicklungen deutlich zu verbessern und zu beschleunigen.“

Wettbewerbsvorteile weiter ausbauen

Michael Wilczynska, Geschäftsführer WIANCO OTT Robotics: „Die Weiterentwicklungen der disruptiven Cognitive AI Lösung EMMA beinhalten KI-Module auf Basis neuronaler Netze, die zum Trainieren der Modelle ein hohes Maß an Rechenleistung erfordern, um zum Beispiel sogenannte Holzdefekte in Produktionschargen zu klassifizieren und die resultierende Bewertung im Sinne des Prozesses automatisiert auszusteuern. Das KI-Innovationslabor liefert neben einer hervorragenden KI-Recheninfrastruktur zudem ein ganzheitliches Angebot entwicklungsbegleitender Komponenten, die den Wirtschaftsstandort noch attraktiver machen und seine Leistungsfähigkeit signifikant steigern.“

„Maschinelles Lernen und rechenintensive Algorithmen sind Kern unserer Produkte und Forschungsaktivitäten. Das GPU-Cluster im Green IT Cube bietet regional die nötige Rechenkapazität, um unseren Wettbewerbsvorteil weiter auszubauen", so Dr.-Ing. Stéphane Foulard, CEO der Compredict GmbH.

Dr. Andreas Knirsch, Head of Software, Wingcopter GmbH: „Die Recheninfrastruktur des KI-Innovationslabors könnte uns enorm helfen, unsere KI in dem Maße zu trainieren und zu testen, wie dies für autonome, aber gleichzeitig sichere und zuverlässige Flüge notwendig ist. Die Initiative stärkt unseren Standort und hält Know-how sowie Experten bei einem zentralen Zukunftsthema im Land.“

„Angesichts der stetig steigenden Komplexität von DeepLearning Modellen steigen ebenfalls die Anforderungen an Mensch und Maschine für die Nutzung der Systeme. Das KI-Innovationslabor setzt in beiden Bereichen an und schafft eine sehr gute Ausgangslage für Start-ups aus dem Rhein-Main Gebiet und darüber hinaus“, so Erik Kaiser, CEO der summetix GmbH.

Ineinandergreifende Bausteine der KI-Zukunftsagenda

„Hessen hat das Potenzial, das Silicon Valley Europas zu werden und wir als Landesregierung investieren in die Zukunftstechnologie KI, um Hessen in Stadt und Land zukunftssicher aufzustellen. Wir sind davon überzeugt, dass KI ihr Potenzial nur entfalten kann, wenn Menschen Vertrauen in die Entwicklung und in den Einsatz von KI haben. Dies gilt für bestehende Maßnahmen wie beispielsweise das Hessische Zentrum für Künstliche Intelligenz hessian.AI oder das Zentrum verantwortungsbewusste Digitalisierung ZEVEDI sowie für unser bundesweit einmaliges „AI Quality & Testing Hub“. Und mit unserem geförderten Zentrum für Angewandtes Quantencomputing bereitet sich Hessen bereits auf den Einsatz der nächsten Generation der Superrechner vor“, schloss Sinemus.

Weitere Informationen

• Pressemitteilung des Hessischen Ministeriums für Digitale Strategie und Entwicklung
• Webseite des KI-Innovationslabors

Dr. Daria Kostyleva erhielt den Young Scientist Award für die Entdeckung mehrerer neuer Isotope jenseits der Protonenabbruchkante, die Untersuchung des Drei-Protonen-Zerfalls des Kaliumisotops ³¹K und für ihre jüngsten Beiträge zu künftiger medizinischer Bildgebung und möglicherweise onkologischen Therapien unter Verwendung radioaktiver Strahlen als Mitglied der BARB-Kollaboration (Biomedical Applications of Radioactive ion Beams).

Der Young Scientist Award wird jährlich von GENCO an herausragende junge Forscher*innen verliehen, die auf dem Gebiet der experimentellen oder theoretischen Kernphysik oder -chemie arbeiten. Die Gewinner werden von einer internationalen Jury ausgewählt. Der Preis ist mit 1.000 Euro dotiert und wird jedes Jahr während der NUSTAR-Jahrestagung verliehen.

Außerdem ehrte die GENCO-Gemeinschaft mit einer Mitgliedschaft:

• Professor Dario Vretenar (Universität Zagreb, Kroatien) für herausragende Beiträge zur modernen theoretischen Kernphysik und insbesondere für einen neuartigen Ansatz zur Beschreibung der Kernstruktur und -dynamik auf Grundlage der chiralen Störungstheorie für Kernmaterie im Medium
• Dr. Jürgen Gerl (GSI/FAIR) für die Entwicklung der Gammaspektroskopie relativistischer Strahlen bei GSI/FAIR und anderswo und für seinen unermüdlichen Einsatz als technischer Koordinator von NUSTAR über viele Jahre
• Professor Luis Fraile (Universidad Complutense de Madrid, Spanien) für die Verwendung neuer, schneller Szintillatormaterialien in Verbindung mit der bahnbrechenden Entwicklung von Kurzzeitspektroskopie und deren Anwendung auf die Untersuchung kurzlebiger angeregter Zustände in exotischen Kernen an verschiedenen Forschungseinrichtungen weltweit (CP)

Weitere Informationen

• GENCO-Webseite

Die Delegation des FAIR/GSI-Managements besuchte Prag und Řež, um an den „FAIR Days Tschechische Republik“ teilzunehmen. Die Veranstaltung begann mit der Einweihung des FAIR-Seminars an der Tschechischen Technischen Universität (CTU) in Prag vor Studierenden und Fakultätsmitgliedern des Universitätscampus. Der wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI/FAIR, Professor Paolo Giubellino, und der technische Geschäftsführer von GSI/FAIR, Jörg Blaurock, sprachen über die wissenschaftlichen Inhalte, die möglichen Entdeckungen, die neuen Technologien und die technischen Herausforderungen, die sich beim Bau und Betrieb dieses großen internationalen Labors ergeben. Dr. Pradeep Ghosh, Internationale Kooperationen FAIR/GSI, stellte das GET_INvolved Programm vor, das Studierenden und Forschenden der CTU die Teilnahme an Praktika und Forschungsarbeiten innerhalb von FAIR/GSI ermöglicht.

Der wissenschaftliche Geschäftsführer Professor Paolo Giubellino und andere hochrangige Forschende nahmen am FAIR-CZ Scientific Advisory Committee teil und besprachen die Fortschritte der Forschenden am Institut für Kernphysik der Tschechischen Akademie der Wissenschaften (NPI-CAS, Nuclear Physics Institute of the Czech Academy of Sciences). Das NPI-CAS koordiniert die Zusammenarbeit mit FAIR im Auftrag des tschechischen Ministeriums für Bildung, Jugend und Sport. Parallel zur Sitzung des wissenschaftlichen Advisory Committee in Prag besuchte der technische Geschäftsführer Jörg Blaurock zusammen mit Jiri Janosec, Industry Liasion Officer Tschechische Republik, und Dr. Pradeep Ghosh das Forschungszentrum Řež und das Unternehmen Vakuum Praha, um sich mit den Akteuren zu treffen und sich über die vorhandenen Kompetenzen und Möglichkeiten zu informieren.

Bei der Abschlusssitzung der beiden FAIR Days stellte das FAIR-Management den Projektfortschritt und den Beitrag der Tschechischen Republik zum FAIR-Projekt vor. Anschließend unterzeichneten die Vertreter von drei Einrichtungen in der Tschechischen Republik und FAIR/GSI drei Partnerschaftsvereinbarungen im Rahmen des GET_INvolved-Programms, die auf die Erleichterung der Mobilität von Studierenden, Forschenden und wissenschaftlich-technischem Personal zwischen den beiden Ländern ausgerichtet sind. Das Institut für Kernphysik der CAS, vertreten durch den Direktor Ing. Dr. Ondřej Svoboda und durch den Leiter des FAIR-CZ-Projekts, Dr. Andrej Kugler, die Tschechische Technische Universität in Prag, vertreten durch Rektor Prof. Dr. Vojtěch Petráček, die Palacký-Universität in Olomouc, vertreten durch Ass. Prof. Dr. Vít Procházka. Professor Paolo Giubellino und Jörg Blaurock unterzeichneten im Namen von FAIR und GSI. Im Mittelpunkt der Vereinbarungen stehen gemeinsame Forschungsprojekte, spezielle Praktika im Rahmen der Universitätslehrpläne und gemeinsame Ausbildungsprogramme. Darüber hinaus wird die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftler*innen aus beiden Ländern im Rahmen der Eperimente bei FAIR/GSI gefördert, um Studierenden und Forschenden die Möglichkeit zu geben, wertvolle Erfahrungen zu sammeln, ihre Karrieren voranzubringen und Innovationen und Entdeckungen in beiden Ländern voranzutreiben. An der Unterzeichnungszeremonie nahm auch die Vizepräsidentin der Tschechischen Akademie der Wissenschaften, Dr. Ing. Ilona Müllerová, teil.

Der Vertreter der Tschechischen Republik im FAIR-Council, Dr. Andrej Kugler vom NPI der CAS, sagte bei der Zeremonie: „Diese Vereinbarungen sind ein wichtiger Schritt zur Stärkung der Beziehungen zwischen unseren beiden Ländern und zur Förderung der Zusammenarbeit in den Bereichen Bildung, Forschung und Innovation. Wir wollen zusammenarbeiten, um Studierenden und Forschenden die Möglichkeit zu geben, wertvolle Erfahrungen zu sammeln und ihre Karriere voranzutreiben.“

Professor Vojtěch Petráček, Rektor der CTU in Prag, erklärte: „Die Tschechische Republik genießt in der Teilchenphysik weltweit einen hervorragenden Ruf, und auch die Wissenschaftler und Studenten der CTU in Prag haben ihren Anteil daran. Wir beteiligen uns an der Forschung in nahezu allen großen wissenschaftlichen Projekten auf der ganzen Welt, und wir freuen uns, praktisch von Anfang an Teil des ehrgeizigen FAIR-Projekts zu sein.“

Der wissenschaftliche Geschäftsführer von FAIR/GSI, Professor Paolo Giubellino, äußerte sich erfreut über die Vereinbarungen: „Die Unterzeichnung dieser Partnerschaftsabkommen ist ein weiterer Meilenstein in unserer langjährigen Partnerschaft mit der Tschechischen Republik. FAIR/GSI ist eine Talentschmiede und wir freuen uns auf die Zusammenarbeit, um die nächste Generation von Forschenden zu unterstützen und die Innovation weiter voranzutreiben.“

Der technische Geschäftsführer von FAIR/GSI, Jörg Blaurock, erklärte: „Die Unterzeichnung dieser Vereinbarungen ist ein positiver Schritt zur Intensivierung der Zusammenarbeit zwischen der Tschechischen Republik und der internationalen Forschungseinrichtung FAIR/GSI in den Bereichen Bildung, Forschung und Innovation. Sie wird Studierenden und Forschenden neue Möglichkeiten eröffnen, wertvolle Erfahrungen zu sammeln, ihre Karriere voranzubringen und die Innovation und den Aufbau von Kapazitäten in beiden Ländern voranzutreiben." (BP)

Das GET_INvolved-Programm

Das GET_INvolved-Programm bei FAIR/GSI hat derzeit ein von vier Partnern finanziertes Programm für die Tschechische Republik: Institut für Kernphysik an der Tschechischen Akademie der Wissenschaften, Karls-Universität, Tschechische Technische Universität in Prag und Palacký-Universität in Olomouc. Weitere Informationen zu den Möglichkeiten werden demnächst auf der Website veröffentlicht

Weitere Informationen

Pressemitteilung CAS

Tschechische Republik als Aspirant Partner von FAIR

NPI CAS, Řež

CTU Prag

UPOL Olomouc

Im Rahmen der ALICE-Masterclass konnten die Schüler*innen einen Einblick in die wissenschaftliche Arbeit und die Datenauswertung bekommen. Unter fachkundiger Begleitung durch die Wissenschaftler*innen vor Ort werteten sie selbst Messdaten des ALICE-Experiments aus, die in Proton-Proton-Kollisionen und in Kollisionen von Blei-Atomkernen aufgenommen worden sind. Zum Abschluss des Forschungstages diskutierten sie die Ergebnisse in einer Videokonferenz mit Teilnehmenden aus anderen Forschungseinrichtungen. Auch ein virtueller Besuch des ALICE-Messaufbaus am CERN, sowie ein Vor-Ort-Besuch des Linearbeschleunigers UNILAC und des Großexperiments HADES auf dem GSI/FAIR-Campus gehörte zum Tagesprogramm.

„Ich war begeistert von der einzigartigen Möglichkeit mit echten Messdaten aus ALICE arbeiten zu dürfen, und das in einem so beeindruckenden Umfeld wie dem GSI,“ berichtet Masterclass-Teilnehmer Nico Moch, der für den Termin extra aus Nordrhein-Westfalen anreiste. „Es war für mich ein faszinierender Einblick in die Anfänge unseres Universums.“

ALICE ist eines der vier Großexperimente am Kollisionsbeschleuniger LHC des Forschungszentrums CERN in Genf und beschäftigt sich insbesondere mit Schwerionenstößen von Blei-Atomkernen. Wenn im LHC Blei-Atomkerne mit unvorstellbarer Wucht aufeinandertreffen, entstehen Bedingungen wie in den ersten Augenblicken des Universums. Bei den Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma – ein Materiezustand, wie er im Universum kurz nach dem Urknall vorlag. Dieses Plasma wandelt sich in Bruchteilen von Sekunden wieder in normale Materie um. Die dabei produzierten Teilchen geben Aufschluss über die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas. So können die Messungen in die Geburtsstunde des Kosmos blicken und Informationen über die Grundbausteine der Materie und ihre Wechselwirkung enthüllen.

Die Verbindung zwischen GSI und ALICE ist traditionell sehr eng: Die zwei großen ALICE-Detektorsysteme Zeitprojektionskammer (TPC) und Übergangsstrahlungsdetektor (TRD) wurden unter wesentlicher Beteiligung von GSI-Mitarbeitenden der ALICE-Abteilung und des Detektorlabors entwickelt und aufgebaut. Heute fokussieren sich Wissenschaftler*innen beider Abteilungen auf die TPC, die das Herzstück für die Spurenrekonstruktion im zentralen ALICE-Barrel-Aufbau darstellt und auch für die Teilchenidentifikation unverzichtbar ist. Wissenschaftler*innen der GSI-IT-Abteilung tragen wesentlich zur neuen Datenaufnahme- und Analysesoftware O2 bei, und das GSI-Rechenzentrum ist ein fester Bestandteil des Computernetzwerks für die Datenauswertung des ALICE-Experiments.

Die Masterclasses werden unter der Schirmherrschaft der IPPOG (International Particle Physics Outreach Group) organisiert, deren assoziiertes Mitglied GSI ist. Jedes Jahr nehmen mehr als 13.000 Schüler aus 60 Ländern für einen Tag an einer Veranstaltung der rund 225 nahe gelegenen Universitäten oder Forschungszentren teil, um die Geheimnisse der Teilchenphysik zu entschlüsseln. Alle Masterclasses in Deutschland finden in Zusammenarbeit mit dem Netzwerk Teilchenwelt statt, zu dem auch GSI/FAIR gehört. Ziel des bundesweiten Netzwerks zur Vermittlung von Teilchenphysik an Jugendliche und Lehrkräfte ist es, die Teilchenphysik einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen. (CP)

Weitere Informationen

• Masterclasses bei GSI/FAIR
• Physics Masterclasses der IPPOG (Englisch)
• Forschungsabteilung ALICE bei GSI/FAIR
• ALICE-Kollaboration (Englisch)

Die ursprünglich auf die Zusammenarbeit von russischen und europäischen Großforschungsanlagen ausgerichteten Arbeitspakete wurden reorganisiert und auf die europäischen Projekte fokussiert, die Zusammenarbeit mit den russischen Instituten wurde beendet. Schwerpunkt der Agenda der Jahrestagung war die Diskussion der angepassten Arbeitspakete mit der Ausrichtung auf Schwerionenphysik an FAIR, Neutronenphysik, Synchrotrons, Lepton-Collider, High-Power-Laser, Detektorentwicklung und Programme zur Unterstützung ukrainischer Institute und Wissenschaftler*innen.

FAIR/GSI beteiligt sich an diesem EU-Projekt durch die Entwicklung von Detektor-systemen, Ausleseelektronik und Software für das CBM-Experiment, sowie durch die Weiterentwicklung von Monolythic Active Pixel Detektoren. Außerdem ist die Ausrichtung einer Detektorschule für Studierende in Vorbereitung. EURIZON wird noch bis Anfang 2024 (bzw. Mitte 2024 mit der Verlängerung von WP9) finanziert über das HORIZON 2020 Forschungs- und Innovationsproramm der Europäischen Union. (CP)

Weitere Informationen

• Webseite des EURIZON-Projekts (Englisch)

Kilonovae sind gigantische Explosionen, die entstehen, wenn zwei Neutronensterne einander umkreisen und schließlich miteinander kollidieren. Die dabei auftretenden extremen physikalischen Bedingungen sind für die Entstehung schwerer Elemente verantwortlich, beispielsweise die Atome im Goldschmuck und das Jod in unseren Körpern. Des Weiteren erzeugen Kilonovae Licht, so dass man diese Explosionen auch noch in kosmischen Entfernungen mit Teleskopen beobachten kann.

Aber es gibt noch viel, was wir über dieses gewaltige Phänomen nicht wissen. Als 2017 in 140 Millionen Lichtjahren Entfernung eine Kilonova entdeckt wurde, konnten zum ersten Mal detaillierte Daten gesammelt werden. Wissenschaftler*innen auf der ganzen Welt sind immer noch dabei, die Daten dieser kolossalen Explosion zu interpretieren, darunter Albert Sneppen und Professor Darach Watson von der Universität Kopenhagen, sowie Privatdozent Andreas Bauswein und Dr. Oliver Just aus der GSI-Forschungsabteilung Theorie.

Eine der offenen Frage betrifft die geometrische Form der Kilonova, also die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Explosion in verschiedenen Richtungen. Dieses Problems hat sich das internationale Forschungsteam rund um Sneppen und Watson angenommen. Die Forschenden haben die Geschwindigkeit der Explosion in verschiedenen Richtungen analysiert: entlang der Sichtlinie – also die Geschwindigkeit des Materials, das sich in Richtung unserer Erde bewegt – und senkrecht dazu.

Entlang der Sichtlinie machen sich die Forschenden den Dopplereffekt zunutze, den man vom herannahenden Feuerwehrauto kennt. Wie sich die Tonhöhe der Sirene mit hoher Geschwindigkeit verändert, so kann man auch aus den Eigenschaften des Lichts der Kilonova-Explosion, genauer aus den sogenannten Spektrallinien, die Geschwindigkeit ablesen. Die Geschwindigkeit senkrecht zur Beobachtungslinie ergibt sich aus der Größe der strahlenden Fläche, die sich aus Helligkeit und Farbe der Kilonova ableiten lässt.

Die Kugelform ist ein Rätsel

Die Überraschung dieser Analyse: Die Explosion breitet sich in alle Richtungen gleich schnell aus. Die Kilonova aus dem Jahr 2017 hat die Form einer Kugel. „Man hat zwei superkompakte Sterne, die sich 100 Mal pro Sekunde umkreisen, bevor sie kollabieren. Unsere Intuition und die meisten der bisherigen Modelle besagen, dass die bei der Kollision entstehende Explosionswolke aufgrund des enormen Drehimpulses im System eine eher asymmetrische Form haben muss“, sagt Albert Sneppen, Doktorand am Niels-Bohr-Institut und Erstautor der in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Studie. Wie die Kilonova kugelförmig sein kann, ist ein echtes Rätsel.

Das GSI-Team hat insbesondere Simulationen der Explosion zum Test verschiedener Szenarien und theoretische Interpretationen zu der Veröffentlichung beigetragen. Die Forschenden konnten zeigen, dass es selbst unter recht spekulativen Annahmen keinen Mechanismus gibt, der zwangsläufig zu einer sphärischen Explosion führen muss, wenngleich einige Simulationen recht gut zu der Beobachtung passen. „Eine Möglichkeit könnte daher auch sein, dass es sich um eine pure Koinzidenz handelt. Spannend ist die Beobachtung auf alle Fälle, denn sie hilft Modelle der Kilonova-Explosion besser zu verstehen und damit auch Details der Elementenstehung in diesen Ereignissen“, sagt Oliver Just. Andreas Bauswein ergänzt: „Mit Messungen weiterer Neutronensternverschmelzungen wird man dieses Ergebnis sicher besser beurteilen können. Wir erwarten, dass mit neuen, jetzt zur Verfügung stehenden Observatorien in den kommenden Jahren viele weitere Kilonovae entdecken werden.“

Ein neues kosmisches Lineal

Die Form der Explosion ist auch aus einem ganz anderen Grund interessant: „Unter Astrophysiker*innen wird viel darüber diskutiert, wie schnell das Universum expandiert. Die Geschwindigkeit sagt uns unter anderem, wie alt das Universum ist. Und die beiden hauptsächlich benutzten Methoden, die es gibt, um dies zu messen, weichen um etwa eine Milliarde Jahre voneinander ab. Hier haben wir vielleicht eine dritte Methode, die die anderen Messungen ergänzt und mit ihnen verglichen werden kann“, sagt Albert Sneppen.

Die so genannte „kosmische Entfernungsleiter“ ist die Methode, die heute verwendet wird, um zu messen, wie schnell das Universum wächst. Dazu wird der Abstand zwischen verschiedenen Objekten im Universum berechnet, die als Sprossen auf der Leiter fungieren. „Wenn sie hell und meist kugelförmig sind, können wir die Kilonovae als eine neue Möglichkeit nutzen, um die Entfernung unabhängig zu messen – eine neue Art von kosmischem Lineal“, sagt Darach Watson und fährt fort: „Die Kenntnis der Form ist hier entscheidend, denn wenn ein Objekt nicht kugelförmig ist, strahlt es je nach Blickwinkel anders. Eine kugelförmige Explosion ermöglicht eine viel genauere Messung.“

Die Arbeiten sind ein erstes Resultat der neu gegründeten HEAVYMETAL-Kollaboration, die vergangenes Jahr mit einem ERC Synergy Grant ausgezeichnet wurde. (CP)

Über Kilonovae

• Neutronensterne sind extrem kompakte Sterne, die hauptsächlich aus Neutronen bestehen. Sie haben in der Regel nur einen Durchmesser von etwa 20 Kilometern, wiegen aber ein- bis zwei Mal soviel wie die Sonne. Ein Teelöffel Neutronensternmaterie wiegt etwa so viel wie der Mount Everest.
• Wenn zwei Neutronensterne miteinander kollidieren, entsteht das Phänomen einer Kilonova. Es handelt sich dabei um einen radioaktiven, hell leuchtenden Feuerball, der sich mit enormer Geschwindigkeit ausdehnt und hauptsächlich aus schweren Elementen besteht, die bei der Verschmelzung und ihren Nachwirkungen entstanden sind. Diese neu gebildeten Elemente werden in den Weltraum geschleudert und mit Gaswolken vermischt, aus denen eine neue Generation von Sternen und Planeten hervorgeht.
• Die Elemententstehung in Kilonovae wurde 1974 vorhergesagt. Im Jahr 2017 wurden zum ersten Mal detaillierte Daten von einer Kilonova gewonnen, als es den Detektoren LIGO (in den USA) und Virgo (in Europa) gelang, Gravitationswellen einer Neutronensternverschmelzung zu detektieren und die Position der Kilonova am Himmel einzugrenzen. Teleskope fanden schließlich die Kilonova AT2017gfo in der Nähe einer 140 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie.

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• Veröffentlichung im Fachjournal Nature (Englisch)
• Pressemitteilung der Universität Kopenhagen (Englisch)

Die Wissenschaftsjahre sind eine Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und Wissenschaft im Dialog (WiD). Das diesjährige Thema Universum passt besonders gut zum künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit in internationaler Zusammenarbeit am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung entsteht und unter dem Motto „Das Universum im Labor“ steht. 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. (BP)

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GSI/FAIR-Veranstaltungen im Wissenschaftsjahr (wird ständig aktualisiert)

Über das Wissenschaftsjahr 2023

Die „Spiegel“ existieren nur für einen Bruchteil der Zeit, könnten aber dazu beitragen, die Größe von Ultrahochleistungslasern, die derzeit Gebäude von der Größe von Flugzeughangars beanspruchen, auf die Größe von Universitätskellern zu reduzieren. (CP)

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• Pressemitteilung der University of Strathclyde, Glasgow (Englisch)
• Wissenschaftliche Veröffentlichung im Fachjournal “Communications Physics” (Englisch)

Professor Karl-Heinz Kampert von der Universität Wuppertal berichtete über Hans Gutbrods Pionierarbeit am Lawrence Berkeley National Laboratory, wo er zusammen mit Arthur Poskanzer und Hans-Georg Ritter den GSI-LBL 4π-Detektor „Plastic Ball“ baute. Sie entdeckten das kollektive Verhalten von Kernmaterie („Flow“), das bis heute eine der wichtigsten Beobachtungen in der relativistischen Schwerionenphysik darstellt.

Hans Gutbrod und der Plastic Ball setzten ihre Untersuchungen am CERN-Beschleuniger SPS fort, wo er Sprecher der bahnbrechenden SPS-Schwerionenexperimente WA80/93/98 war. Thomas Peitzmann, damals Postdoktorand und heute angesehener Professor an der Universität Utrecht, beleuchtete diese Zeit in einem Vortrag mit dem Titel „A Universal Light Experience“.

Gemeinsam mit Jürgen Schuhkraft und anderen legte Hans Gutbrod auch den Grundstein für das LHC-Experiment ALICE. Die frühen „ALICE-Jahre“ wurden von Professor Paolo Giubellino, Jürgen Schuhkrafts Nachfolger als ALICE-Sprecher und heute Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, vermittelt. Er machte deutlich, dass ALICE ohne den Beitrag von Hans Gutbrod nicht so aussehen würde, wie es heute ist. Insbesondere sein Einfluss auf den indischen Beitrag zu ALICE kann nicht hoch genug eingeschätzt werden, wie in einem Videokommentar von Professor Subhasis Chattopadhyay vom VECC Kolkata hervorgehoben wurde.

Hans Gutbrod wurde 1995 zum Direktor des kurz zuvor gegründeten SUBATECH in Nantes ernannt, wo er gleichzeitig als Sprecher von ALICE-FRANCE fungierte, und Deputy-Spokesperson von ALICE und Projektleiter des ALICE-Dimuon-Spectrometers war. In einer kurzen Videopräsentation von Professor Pol-Bernard Gossiaux von Subatech wurde deutlich, dass Hans Gutbrod dort eine treibende Kraft in der Entwicklung des Instituts war.

Hans Gutbrod entschied sich im März 2001 zu GSI zurückzukehren, um am „Zukunftsprojekt GSI“ zu arbeiten. Er leistete als Leiter des Joint Core Teams wesentliche Beiträge zur Gestaltung des FAIR-Projekts. Über diese sehr produktive Zeit berichtete der ehemalige Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI ,Professor Horst Stöcker, in seinem Vortrag „FAIR in Europa – von den Anfängen bis heute – 50 gute Jahre mit Hans – in 50 Minuten“ sehr abwechslungsreich und bildhaft.

Alle Vorträge fanden bei den Teilnehmenden des Symposiums großen Anklang. Am Ende hielt Hans Gutbrod selbst eine kurze Rede, in der er sich bei allen Kolleg*innen bedankte, die ihn auf seinem Weg begleitet haben. Er dankte auch dem technischen Personal bei GSI, LBL, CERN und Subatech für seinen Einsatz bei der Entwicklung und dem Bau der Experimente. Besonderer Dank galt Professor Rudolf Bock, der sein Doktorvater und sein ständiger Mentor war. (CP)

Im ESA-Video kommen unter anderem Dr. Dr. Jennifer Ngo-Anh, bei der ESA verantwortlich für die erfolgreich laufende ESA-FAIR-Kooperation zur Erforschung kosmischer Strahlung, sowie Dr. Anggraeini Puspitasari, die als Post-Doc in der GSI-Biophysik tätig ist, zu Wort. Die ESA betreibt seit Jahren hochkarätige Weltraumstrahlungsforschung am GSI-Teilchenbeschleuniger in Darmstadt. Am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR werden noch höhere Energien für die Simulation kosmischer Strahlung zur Verfügung stehen und bahnbrechende neue Erkenntnisse ermöglichen. Entscheidende Anhaltspunkte für den möglichen Nutzen eines künstlichen Winterschlafs für die Strahlenresistenz hatte jüngst ein internationales Forschungsteam unter Federführung der GSI-Abteilung Biophysik in „Scientific Reports“, einer Zeitschrift der Nature Publishing Group, veröffentlicht. Die Publikation wurde in der Wissenschaftscommunity und den internationalen Medien stark beachtet. (BP)

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ESA-Video „Hibernation. We research. You benefit.“

Wissenschaftliche Veröffentlichung in „Scientific Reports“

Pressemitteilung „Sicherheit im Weltraum: Künstlicher Winterschlaf könnte Schutz vor kosmischer Strahlung bieten“

Kultur einer Digitalstadt e.V. schreibt 2023 erneut drei Artist-in-Science Residencies für Künstler*innen aller Disziplinen aus. Der sechswöchige Atelieraufenthalt auf der Rosenhöhe in Darmstadt ist an die Zusammenarbeit mit jeweils einem renommierten Darmstädter Forschungsinstitut geknüpft: das Hessische Zentrum für Künstliche Intelligenz (hessian.AI), das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und das European Space Operations Centre (ESOC).

Die GSI möchte zusammen mit der*m Künstler*in interdisziplinären Austausch und Kreativität fördern. Ziel ist es, neue Perspektiven zu schaffen und Innovationen in Wissenschaft und Kunst zu inspirieren. Durch den künstlerischen Zugang können komplexe wissenschaftliche Konzepte einem breiteren Publikum vermittelt werden. Bei Expert*innengesprächen, im offenen Studio und beim Final View wird das Forschungsprojekt der Residenz für alle Beteiligten und die Öffentlichkeit erlebbar.

Die Residenz der*s Künstlers*in in Kooperation mit der GSI wird von Mitte Juni bis Anfang August 2023 stattfinden. Bis zum 23. Februar 2023 könnten sich freischaffende Künstler*innen aller Disziplinen bewerben und ein Projekt vorschlagen, das sich in Kooperation mit der GSI umsetzen lässt. (KG/BP)

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Projekt "Artist-in-Science-Residence" und Online-Bewerbung

Dr. Arjan Vink, Leiter der Stabsabteilung Drittmittelstelle und Projektverantwortlicher für EDIH bei GSI/FAIR: „Wir freuen uns sehr, gemeinsam mit den EDITH-Konsortialpartnern und im internationalen Umfeld unser Wissen zu Hochleistungsrechnern und Projektförderung an hessische kleine und mittelständische Unternehmen und Kommunen vermitteln zu können. Zudem möchten wir durch Beratung und über Forschungs- und Entwicklungsprojekte in unserem Rechenzentrum Green IT Cube insbesondere das nachhaltige Computing weiter voranbringen.“ (CP)

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• Pressemitteilung des Hessischen Ministeriums für Digitale Strategie und Entwicklung

GSI/FAIR arbeiten bereits seit mehr als 20 Jahren mit einem Konsortium aus georgischen Forschungseinrichtungen in den Bereichen Ausbildung, Forschung und Wissenstransfer zusammen. Sie beteiligen sich beispielsweise am gegenseitigen akademischen Austausch von Studierenden und an verschiedenen wissenschaftlichen Projekten. Im Rahmen des MoU wurde die gemeinsame Ausbildungs- und Wissenschaftskooperation u. a. in den Bereichen Teilchenphysik, Hadronentherapie, Biomedizin, angewandte Forschung und Supercomputing verfestigt. Bei der Ausbildung von wissenschaftlichem Nachwuchs soll das erfolgreiche Austauschprogramm fortgesetzt und mit Workshops, Sommerschulen und Blockvorlesungen ausgeweitet werden. Für den Bau eines georgischen Hadronentherapiezentrums an der Internationalen Universität Kutaisi werden Fachwissen und Beratung bereitgestellt. Die Parteien werden ebenfalls zusammenarbeiten, um die bestehenden SMART-Labore im Rahmen der bestehenden Georgian-German Science Bridge (GGSB) zu entwickeln und zu stärken.

Die Unterzeichnung fand im Rahmen eines Besuchs bei GSI und FAIR statt. Begleitet wurde Minister Chkhenkeli dabei von Professor Alexander Tevzadze, dem Rektor der Kutaisi International University, Generalkonsul Giorgi Tabatadze, sowie Ana Sarishvili vom georgischen Wissenschaftsministerium. Geführt von Baustellenleiter Dr. Harald Hagelskamp nahm die Delegation den Baufortschritt auf dem FAIR-Baufeld auf einer Busrundfahrt in Augenschein und beging sowohl das SIS100-Tunnelbauwerk sowie den zukünftigen Experimentierplatz für komprimierte Kernmaterie CBM (Compressed Baryonic Matter) zu Fuß.

Im Anschluss an die Vertragsunterzeichnung fanden weitere Gespräche zu den wissenschaftlichen Inhalten mit Professor Thomas Stöhlker, dem stellvertretenden Forschungsdirektor von GSI und FAIR, sowie Professor Marco Durante, dem Leiter der Forschungsabteilung Biophysik, statt. Unterstützt wurde der Besuch durch Dr. Pradeep Ghosh, den Leiter der Stabsabteilung Internationale Kooperationen, Dr. Irakli Keshelashvili aus dem Detektorlabor sowie Berit Paflik von der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit. (CP)

Eine der Anwendungen, die mit dem Aufkommen von Hochleistungslasern einhergeht, ist die Erzeugung von „Bursts“ harter Röntgen-, Gamma- und Teilchenstrahlen, die durch die Wechselwirkung ultrakurzer Lichtpulse mit Materie entstehen. Die Forschenden haben schnell erkannt, dass solche Quellen neue Eigenschaften aufweisen, die sie im Vergleich zu anderen, eher traditionellen und etablierten Teilchenquellen sehr attraktiv machen. In diesem sich rasch entwickelnden Gebiet besteht eine Herausforderung darin, die zugrundeliegenden Prozesse genau zu verstehen, die der Kopplung des Lasers mit sekundärer Strahlung und sekundären Teilchenstrahlen zugrunde liegen. Dies stellt ein komplexes Problem dar, da die Wechselwirkung des Lasers mit der Materie auf ultrakurzen Zeitskalen, typischerweise Femtosekunden (10^-15 Sekunden), und in winzigen Volumina im Mikrometerbereich stattfindet, was ihre Beobachtung erschwert.

Dr. Johannes Hornung erhielt seine Promotion von der Friedrich-Schiller-Universität Jena für experimentelle Arbeiten mit dem PHELIX-Laser bei GSI/FAIR unter der Co-Betreuung von Professor Matt Zepf und Professor Vincent Bagnoud. In seiner Dissertation beschäftigte er sich mit der Wechselwirkung von hochintensiven Laserpulsen mit Festkörper-Targets, einem Wechselwirkungsregime, das in Reichweite der weltweit leistungsstärksten Lasersysteme liegt. Johannes Hornung setzte insbesondere eine nicht-invasive Methode ein, nämlich die Spektroskopie des vom Target reflektierten Lichts, um neue Erkenntnisse über die Laser-Materie-Wechselwirkung zu gewinnen, und zeigte, dass aus den gesammelten Daten quantitative Informationen über die Dynamik solcher Prozesse gewonnen werden können.

In einem typischen Experiment wird der ultrakurze Laserpuls in einer Vakuumkammer auf wenige Mikrometer fokussiert und auf eine mikrometerdünne Folie gelenkt. Aus dieser Wechselwirkung entsteht ein Teilchenburst. Zu Beginn der Wechselwirkung wird die Folie durch den Laser schnell zu einem dünnen Plasmablock aufgeheizt, der wie ein Spiegel einen Teil des Laserlichts reflektiert. Das Plasma dehnt sich jedoch in das Vakuum aus oder wird durch den Strahlungsdruck des Lasers in die entgegengesetzte Richtung gedrückt, oder eine Kombination aus beidem geschieht nacheinander. Unter solchen Bedingungen ist das vom expandierenden oder zurückweichenden Plasma reflektierte Licht Doppler-verschoben, was wertvolle Informationen über die genaue Wechselwirkungsdynamik liefert. Die Doktorarbeit von Johannes Hornung berichtet über die experimentelle Untersuchung dieses Effekts am PHELIX-Laser und schlägt ein verbessertes Modell zur Beschreibung der Laser-Materie-Wechselwirkung vor, das durch von ihm am Rechenzentrum Green IT Cube von GSI/FAIR durchgeführte numerische Simulationen bestätigt wird.

Der FAIR-GSI PhD Award wird jährlich für eine hervorragende Promotionsarbeit des vorangegangenen Jahres vergeben, die durch GSI im Rahmen der strategischen Partnerschaften mit den Universitäten in Darmstadt, Frankfurt, Gießen, Heidelberg, Jena, Mainz oder durch das Forschungs- und Entwicklungsprogramm gefördert wurde. Aktuell arbeiten im Rahmen der Graduiertenschule HGS-HIRe (Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research) über 300 Doktorand*innen an Dissertationen mit Verbindung zu GSI und FAIR. Mit dem Sponsor des Preises, der Pfeiffer Vacuum GmbH, die Vakuumtechnik und -pumpen anbietet, verbindet GSI eine langjährige Partnerschaft. Vakuumlösungen von Pfeiffer Vacuum werden in den Anlagen von GSI seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt.

Im Rahmen einer Einführung informierten sich die Teilnehmenden über die bestehenden GSI-Beschleuniger- und Forschungsanlagen und den Bau des internationalen Beschleunigerzentrums FAIR. Nach einem Überblick über den gesamten FAIR-Baubereich von der Aussichtsplattform aus besichtigten die Gäste bei einer Busfahrt die Fortschritte auf der FAIR-Baustelle, begleitet von dem Leiter der Maschinenmontage, Dr. Hartmut Reich.

Auf dem Programm standen der unterirdische Beschleuniger-Ringtunnel SIS100, das zentrale Bauwerks für die Strahlführungen und -verteilung (Kreuzungsbauwerk) und die Gebäude für die Experimentierplätze CBM und NUSTAR. Weiterer Besichtigungspunkt war das Gebäude für die Kryoanlage. Die Kryogenik ist die erste technische Anlage, die – auf Rohbau und technische Gebäudeinstallation folgend – in die FAIR-Gebäude eingebracht wird. (BP)

Bislang gab es keine effiziente Möglichkeit, die Wellenlänge, also die Farbe, von Hochleistungslasern frei einzustellen, wie ein Forschungsteam von DESY, dem Helmholtz-Institut Jena und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung im Fachblatt „Nature Photonics“ berichtet.

Weitere Informationen dazu gibt es hier, die Originalpublikation ist hier verfügbar.

Bei GSI/FAIR arbeiten die Wissenschaftler*innen daran, die Partikeltherapie durch neue Technologien und Behandlungsabläufe zum Nutzen der Gesellschaft immer weiter zu verbessern. Das neue FLASH-Verfahren ist dabei ein sehr vielversprechender Ansatz. Im Rahmen der Experimentierzeit FAIR-Phase 0 war es den Wissenschaftler*innen gelungen, erstmals ein Kohlenstoffionen-FLASH-Experiment auf dem GSI/FAIR-Campus durchzuführen. Außerdem treibt GSI/FAIR in einer internationalen Kooperation mit Beteiligten aus Wirtschaft und Wissenschaft mit vereinten Kräften die medizinisch-technischen Entwicklungen im Bereich der FLASH-Therapie voran. Ziel ist, den Weg in die klinische Anwendung weiter zu ebenen.

Die Titelgeschichte in "Nature Reviews Clinical Oncology" bezieht sich auf eine aktuelle Forschungsarbeit von Professor Marco Durante, Leiter der GSI-Biophysik, sowie Dr. Marie-Catherine Vozenin und Professor Jean Bourhis, Universitätsspital Lausanne und Universität Lausanne, mit dem Titel „Towards clinical translation of FLASH radiotherapy“. Die Publizierenden beschreiben den weltweiten Stand dieser hoch innovativen Behandlungsmethode und evaluieren mögliche Perspektiven für die FLASH-Strahlentherapie.

In ihrem Fazit fassen sie zusammen: „Gegenwärtig hat die FLASH-Strahlentherapie die Aufmerksamkeit und das Interesse von Strahlenwissenschaftler*innen und Onkolog*innen in hohem Maße geweckt. Die Vorteile ultrakurzer Behandlungen mit hohen Strahlendosen gehen über die potenzielle Erweiterung des therapeutischen Fensters sogar noch hinaus, denn kurze Behandlungszeiten könnten auch den Komfort für die Patient*innen und die Arbeitsabläufe in den klinischen Zentren verbessern, auch wenn die Bildgebungszeit ein begrenzender Faktor für die Beschleunigung solcher Arbeitsabläufe bleiben wird.“ Sie geben außerdem einen Ausblick: „In der translationalen und klinischen Forschung haben Studien zur Dosis- und Fraktionsabhängigkeit, zur Gewebespezifität, zu kombinierten Behandlungen und natürlich Phase-I-Studien höchste Priorität. Die Zukunft der FLASH-Strahlentherapie wird in hohem Maße von den Ergebnissen dieser Experimente und den Antworten auf einige Schlüsselfragen abhängen, einschließlich derer, die wir hier diskutiert haben.“

Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, sagte: „GSI und FAIR sind führende Forschungszentren in der Erforschung und Entwicklung der FLASH-Therapie. Ich freue mich sehr, die aktuelle Forschung so prominent in einem der einflussreichsten wissenschaftlichen Medien für die Onkologie platziert zu sehen, was die allgemeine Bedeutung dieses Themas zeigt. Dies belegt einmal mehr, wie stark unsere Grundlagenforschung die Entwicklung neuer Technologien und Methoden von großer gesellschaftlicher Bedeutung fördert. Zusammen mit starken Partnern arbeiten wir intensiv daran, dass unsere wissenschaftlichen Durchbrüche der Gesellschaft zugutekommen.“ (BP)

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Nature Reviews Clinical Oncology

Physics World

Die FAIR-Baustelle in Darmstadt ist eines der größten Bauvorhaben für die Forschung weltweit. Die Fortschritte werden mit Drohnenaufnahmen dokumentiert. Der "Longterm Dronelapse 2018-2021“ wurde nun beim brasilianischen Filmfestival „NO AR Drone Film Fest“ mit dem ersten Platz in der Kategorie „Hyperlapse“ ausgezeichnet. 55 Filme aus der ganzen Welt wurden zu diesem dedizierten Drohnenfilmfestival eingereicht, von denen zwölf eine Auszeichnung erhielten. NO AR Brazil stellt laut ihrer Webseite „Künstler vor und zeichnet sie aus, die Drohnen nutzen, um atemberaubende Bilder und innovative visuelle Sprache zu schaffen“. Um die Ausmaße des Baufortschritts sichtbar zu machen, bedienen sich die Filmemacher einer besonderen Filmtechnik: Mithilfe von GPS-Unterstützung überlagern sie die regelmäßig erstellten Drohnenvideos, sodass die Gebäude vor den Augen der Zuschauenden in die Höhe wachsen. (LW)

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Preisgekrönter Drohnenfilm
NO AR Drone Film Fest
 

Im Dezember 2021 startete das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana mit einer Ariane-Rakete ins Weltall. JWST ist das größte Observatorium, welches jemals ins All geschickt worden ist, und eine internationale Kooperation der amerikanischen, europäischen und kanadischen Weltraumbehörden NASA, ESA und CSA. Das JWST kann so weit in die Vergangenheit blicken wie noch nie, die ersten Galaxien beobachten und wird die Erweiterung des Wissens über die Geburt von Sternen und Planeten und über Planeten außerhalb unseres eigenen Sonnensystems ermöglichen.

Die Technologie des Satelliten selbst ist einzigartig und ein Meisterstück der Ingenieurkunst. So musste das Observatorium – welches die Größe eines Tennisplatzes hat – für den Start mit der Ariane-5-Rakete zusammengefaltet werden und sich im Weltraum dann wieder vollautomatisch entfalten. Am 12. Juli 2022 sind die ersten wissenschaftlichen Bilder veröffentlicht worden, welche nicht nur in der astronomischen Gemeinschaft für Begeisterung sorgten. Der Vortrag wird einen Überblick über die faszinierende Geschichte von JWST geben: Von der Idee über den Bau und Test bis hin zum Start, der Inbetriebnahme und den ersten wissenschaftlichen Ergebnissen.

Dr. Silvia Scheithauer studierte Physik an der Universität Potsdam und promovierte im Bereich Ingenieurwissenschaften an der Universität Bremen. Seit dem Jahr 2006 ist sie am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg im Bereich Instrumentenbau als Systemingenieurin und Projektmanagerin tätig, unter anderem auch beim JWST.

Während es im Vortrag über das JWST um die Erweiterung unserer Wissensgrenzen und den Vorstoß in noch unbekannte Gebiete des Weltalls geht, beschäftigen sich die weiteren Vorträge mit der Überwindung anderer Grenzen: Beispielsweise wird es um neue Methoden zur Sichtbarmachung von Strahlung, um die Entwicklung noch genauerer Zeitmessung mithilfe von Quantentechnologie oder um die Untersuchung der Entstehung der Materie mithilfe von Schwerionenkollisionen am HADES-Detektor von GSI und FAIR gehen. Neben einem Blick auf den Nutzen der Grundlagenforschung in Kern- und Teilchenphysik für die Gesellschaft kommt es dann noch zur gänzlichen Überschreitung physikalischer Grenzen, zum einen fiktiv in den Filmproduktionen Hollywoods, zum anderen bei der Beleuchtung des sehr realen Untergangs des Passagierschiffs „Titanic“ durch Professor Metin Tolan, den Präsidenten der Georg-August-Universität Göttingen.

Die Vorträge beginnen jeweils um 14 Uhr. Weitere Information über Zugang und Ablauf der Veranstaltung finden Sie auf der Veranstaltungswebseite unter www.gsi.de/wfa

Die Vortragsreihe „Wissenschaft für Alle“ richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In den Vorträgen wird über die Forschung und Entwicklungen an GSI und FAIR berichtet, aber auch über aktuelle Themen aus anderen Wissenschafts- und Technikfeldern. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für fachfremde Personen verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitenden oder von externen Referent*innen aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten.

Aktuelles Programm

• Mittwoch, 25.01.2023, 14 Uhr
  Das James-Webb-Weltraumteleskop: Ein neuer Blick in die Tiefen des Universums
  Silvia Scheithauer, Max-Planck-Institut für Astronomie
   
• Mittwoch, 15.02.2023, 14 Uhr
  Neue Entwicklungen zu Nachweis und Sichtbarmachung von radioaktiver Strahlung
  Kai Vetter, University of California Berkeley/Lawrence Berkeley National Laboratory
   
• Mittwoch, 15.03.2023, 14 Uhr
  Grundlagenforschung in der Kern- und Teilchenphysik – was ist der Nutzen für die Gesellschaft?
  Ulrich Wiedner, Ruhr Universität Bochum
   
• Mittwoch, 26.04.2023, 14 Uhr
  Vom Schwerionenbeschleuniger zur Atomuhr: Wie Quantentechnologien neue Experimente möglich machen
  Peter Micke, Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
   
• Mittwoch, 17.05.2023, 14 Uhr
  Stark, stärker, schwer! Was uns Schwerionenkollisionen über die Entstehung der Materie verraten
  Joachim Stroth, GSI/FAIR
   
• Mittwoch, 21.06.2023, 14 Uhr
  Physik in Hollywood III – Die Rückkehr der Naturgesetze
  Sascha Vogel, science birds
   
• Mittwoch, 19.07.2023, 14 Uhr
  Titanic: mit Physik in den Untergang (Dauer: 75 min)
  Metin Tolan, Präsident der Georg-August-Universität Göttingen

Der Sprecher von FAIRs High Energy Density Physics-Kollaboration (HED@FAIR), Dr. Kurt Schoenberg vom Los Alamos National Laboratory, sagt: „Der Nachweis der Fusionszündung ist ein bedeutender Meilenstein auf der Suche nach alternativen sauberen und kohlenstofffreien Energien und ermöglicht es den internationalen öffentlichen und privaten Fusionsforschungs-Communities, mit der Optimierung der Trägheitsfusionsenergie als tragfähiges wirtschaftliches Konzept zu beginnen – wohl wissend, dass wir noch einen langen und schwierigen Weg vor uns haben." FAIR betreibt im Rahmen der HED@FAIR-Kollaboration Forschung im Bereich der Trägheitsfusion. FAIR freut sich, durch verstärkte Forschung zum Energietransport, zu Laser-Plasma-Instabilitäten und zur schnellen Zündung zur weltweiten Forschung zur Trägheitsfusionsenergie beizutragen, um sie Wirklichkeit werden zu lassen. (LW)

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National Ignition Facility achieves fusion ignition

Zur Herstellung der Spiralen wurde ein kombiniertes Verfahren aus CNC-Fräsen und Dickschichtverkupferung entwickelt, das die exakte Reproduktion einer freien Geometrie und gleichzeitig eine gute Integration der Kühlung ermöglicht. Die Zielfrequenzen der Kavitäten wurden auf Anhieb mit Abweichungen von nur 8 bzw. 6 Promille getroffen. Dafür wurde das Design der 36 MHz-Spiralen durch zwei Prototypen verifiziert, die mittels 3D-Druck aus Kunststoff hergestellt wurden. Die in diesem Projekt gesammelten Erfahrungen kommen auch dem im Bau befindlichen neuen Alvarez-Beschleuniger zugute. Nach bestandener Annahmeprüfung (FAT) werden beide Kavitäten nun vollständig ausgerüstet und für die anstehenden Hochleistungstests vorbereitet. (CP)

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• UNILAC-Beschleuniger

Hannah Elfner lehrt und forscht auf einer unbefristeten, gemeinsamen Professur von Goethe-Universität und GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, wo sie unter anderem in das Cluster-Projekt „Elements“ eingebunden ist. Zudem koordiniert sie die Theorieabteilungen am GSI Helmholtzzentrum, wo sie zuvor mehrere Jahre lang eine Helmholtz Young Investigator Gruppe leitete. (BP)

Weitere Informationen zur Ernennung sind hier verfügbar.

Das Forschungsprojekt, an dem die GSI-Wissenschaftler*innen Annika Hinrichs, Claudia Fournier, Gerhard Kraft und Andreas Maier beteiligt sind, wurde im Rahmen des vom Bundesforschungsministeriums geförderten Konsortiums „GREWIS-alpha“ durchgeführt. „GREWIS“ steht dabei für „Genetische Risiken und entzündungshemmende Wirkung ionisierender Strahlung“, „alpha“ für die dichtionisierenden Alphateilchen, die beim Zerfall von Radon und dessen Tochterkernen emittiert werden. Die Gesamtkoordination des Verbundprojekts in Zusammenarbeit mit der TU Darmstadt, der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg liegt bei der Strahlenbiologin Professorin Claudia Fournier aus der GSI-Abteilung Biophysik.

„GREWIS-alpha“ soll Fragestellungen rund um das Thema Radon immer mehr verfeinern und neue Erkenntnisse zu ganz verschiedenen Aspekten bringen, etwa zur physikalischen und biologischen Wirkung, aber auch zu Schädigungen nach Radonexposition und zu Möglichkeiten, Strahlenrisiken besser zu steuern und zu minimieren. Hier liefert die aktuelle Veröffentlichung wichtige Erkenntnisse.

Die kurzlebigen Zerfallsprodukte des natürlich vorkommenden, radioaktiven Edelgas Radon lagern sich an mit anderen Partikeln oder Tröpfchen zu Aerosolen zusammen, haften beim Einatmen in der Lunge an, deponieren dort ihre Zerfallsenergie und schädigen so das empfindliche Lungengewebe, während Radon selbst direkt eingeatmet wird. Die Zerfallsprodukte gelten als verantwortlich für mehr als 95 Prozent der gesamten effektiven Dosis und werden wie Radon auch als krebserregend für Lungenkrebs eingestuft. Eine Filterung der Zerfallsprodukte könnte somit die Dosis für die Lunge deutlich verringern. In der vorgelegten Studie haben die Forschenden die Filtereigenschaften von FFP2-Masken und von chirurgischen Masken (II R) für Radon und seine Zerfallsprodukte untersucht.

Für die Untersuchung wurden die Masken an einem Messgerät befestigt, mit dem die unterschiedlichen Größenbereiche der Radon-Zerfallsprodukte bestimmt werden konnten, die von ganz kleinen Zerfallsprodukten (sogenannten unattached progeny) bis zu mittelgroßen Zerfallsprodukten (sogenannten clustered progeny) reichten. Parallel dazu wurde die Radonaktivitätskonzentration während der Experimente gemessen. Durch den Vergleich von Messungen ohne Maske und Experimenten mit Masken wurde der Prozentsatz der zurückgehaltenen, kleinen Radon-Zerfallsprodukte für FFP2-Masken (98,8 Prozent) und für chirurgische-Masken (98,4 Prozent) bestimmt. Bei den mittelgroßen Zerfallsprodukten betrug der zurückgehaltene Anteil 85,2 Prozent für FFP2-Masken und 79,5 Prozent für chirurgische Masken. Radon selbst wurde nicht gefiltert.

Die Ergebnisse bieten einen soliden Hinweis darauf, dass Gesichtsmasken die Radon-Zerfallsprodukte wirksam filtern und somit deren Konzentration in den Atemwegen deutlich verringern, während Radon nicht gefiltert wird. Trotzdem kann die Filterung zu einer geringeren Gesamtdosis für die Lunge während der Radonexposition und damit zu einem geringeren Lungenkrebsrisiko führen.

Neben der allgemeinen, natürlich vorkommenden Exposition für die Bevölkerung ist dies auch für die Exposition am Arbeitsplatz von Bedeutung, z. B. in Radonstollen oder Radonbädern. In Heilbädern und -stollen wird das radioaktive Element Radon in Form von Bädern oder Inhalationen zur Therapie vieler Patienten eingesetzt und zeigt Erfolge. Die schmerzlindernden Effekte von niedrigdosierten Radon-Therapien bei Patienten mit schmerzhaften chronischen, entzündlichen Erkrankungen sind seit Jahrhunderten bekannt, sowohl bei Erkrankungen des Bewegungsapparates wie Rheuma und Arthrose als auch bei Erkrankungen der Atemwege und der Haut, etwa Neurodermitis und Schuppenflechte.

In diesen Behandlungseinrichtungen können erhöhte Werte von Radon und seinen Zerfallsprodukten gemessen werden. Das erfordert zum einen eine effiziente Belüftung. Aber wie die aktuellen Erkenntnisse zeigen, kann zum anderen auch das Tragen von Gesichtsmasken eine einfache und kostengünstige Methode zur Dosisreduzierung für das Personal sein. Es kann aber auch genrell die Belastung durch kleine Schwebeteilchen reduzieren. (BP)

Weitere Informationen

Veröffentlichung in "International Journal of Environmental Research and Public Health“

Über GREWIS alpha  

Die Forschung an superschweren Elementen ist eine der tragenden Säulen des Forschungsprogramms seit der Gründung von GSI im Jahr 1969. Sechs neue Elemente und viele neue Isotope wurden entdeckt, und deren Kern- und Atomstruktur untersucht. Chemische Studien erlaubten, ihr Verhalten mit dem ihrer leichteren Homologe und mit theoretischen Vorhersagen zu vergleichen. Ein Ausblick auf neuere Entwicklungen für die nächsten Jahre rundet den Artikel ab (CP)

Weitere Informationen

• Wissenschaftliche Veröffentlichung bei Radiochimica Acta „Five decades of GSI superheavy element discoveries and chemical investigation”
• Forschungsabteilung: Physik der superschweren Elemente
• Forschungsabteilung: Chemie der superschweren Elemente

GSI-Forscher Dr. Hans-Jürgen Wollersheim wurde mit einer außerplanmäßigen Professur für die Jahre 2022 und 2023 an der Universität Delhi geehrt. Bereits 1993 hatte er sich habilitiert und lehrte Kernphysik, Detektorphysik, Beschleunigerphysik und nukleare Astrophysik. 1994 vertrat er eine C4-Professur an der Ludwig-Maximilians-Universität in München. Im Jahr 2004 arrangierte er ein Memorandum of Understanding zwischen dem Inter University Accelerator Centre in New Delhi und der GSI, um die Zusammenarbeit zwischen den beiden Laboratorien zu intensivieren. Mehrere Experimente auf dem Gebiet der Kernstruktur und Kernreaktion wurden mit verschiedenen deutsch-indischen Teams erfolgreich durchgeführt. Von 2000 bis 2009 war er Leiter des internationalen RISING-Projekts an der GSI und später bis 2013 Leiter des PreSPEC-Projekts. Als In-Kind-Koordinator FAIR@GSI war er die FAIR-Verbindungsperson für die Zusammenarbeit zwischen BMBF (Deutschland) und DST (Indien). Seine Leistungen in Lehre und Forschung wurden u.a. bereits durch die Nominierung für eine Gastprofessur am IIT Ropar (2016-2018) gewürdigt. (LW)
 

Die riesige Kryoanlage soll zwei zentrale FAIR-Bausteine, den FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 und auch den Super-Fragmentseparator (Super-FRS), mit flüssigem Helium versorgen. Im SIS100-Ringbeschleuniger werden in Zukunft Ionen – geladene Atome – mit bis zu 99% der Lichtgeschwindigkeit um die Kurven flitzen, um dann zur Erzeugung von Kernreaktionen auf Materialproben zu prallen. Der Super-FRS ist eine riesige Sortiermaschine für neu erzeugte, exotische Atomkerne, die uns Aufschluss über die Zustände in Sternen und anderen stellaren Ereignissen geben können. Mit diesen und weiteren Großgeräten möchten die Wissenschaftler*innen an FAIR sich das Universum ins Labor holen.

Um die Teilchen auf ihren Bahnen zu lenken, sind in beiden Fällen starke Magnetfelder nötig, die nur durch das Phänomen der Supraleitung zu erreichen sind: Durch extreme Tiefsttemperaturen kann der elektrische Widerstand in einigen Materialen nahezu verschwinden, so dass hohe elektrische Ströme in den Elektromagneten fließen können. Die Magnete müssen dazu auf eine Temperatur von vier Kelvin (- 269°C) abgekühlt werden. Um dies zu erreichen, liefert die Kryoanlage eine maximale Durchflussmenge von über 21.000 Litern flüssigem Helium pro Stunde, bei einer Gesamtspeichermenge Helium von neun Tonnen, mit einer maximalen Kälteleistung von 14 Kilowatt bei vier Kelvin.

„Die Anlieferung der Cold Box auf dem FAIR-Baufeld ist ein Meilenstein und ein Zeichen für den stetigen Fortschritt beim Bau von FAIR. Die Cold Box ist das Herzstück der Kryoanlage, des ersten Hightech-Systems, das in den neu errichteten FAIR-Gebäuden auf dem Baufeld installiert wird. Damit kommen wir unserem Ziel, Teilchen auf beinahe Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, einen großen Schritt näher. Linde Engineering ist dabei ein wichtiger Partner“, sagt Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von FAIR und GSI.

„Die FAIR-Kryoanlage ist eine der größtmöglichen Kälteanlagen, die noch aus einem Stück gebaut werden kann. Für noch höhere Kühllasten müssten mehrere Anlagen parallel genutzt werden“, erläutert Dr. Holger Kollmus, der als Leiter der Abteilung Cryogenics bei GSI/FAIR verantwortlich für den Aufbau der Anlage ist. „Eine Besonderheit der Anlage stellt die Möglichkeit dar, die Kühlleistung dynamisch zu verändern. Vergleichbare Anlagen, die hauptsächlich zur Herstellung von flüssigem Helium dienen, laufen permanent unter Volllast. Da jedoch die benötigte Kühlleistung für den Beschleuniger je nach Betriebszustand schwankt, soll auch die Anlage ihre Drücke und Massenflüsse entsprechend anpassen, um Energie und Kühlmittel zu sparen. Eine effiziente Reaktion auf wechselnde Lasten stellt hohe Anforderungen an Design und Konstruktion des Geräts.“

Linde Engineering ist als Auftragspartner verantwortlich für die Produktion und den Aufbau der Helium-Kühlanlage vor Ort. Zwei große Gebäude stehen an FAIR zur Verfügung, um die Anlagenkomponenten und nun auch die Cold Box aufzunehmen. Mehrere Großgeräte wie beispielsweise Kompressoren wurden bereits in den vergangenen Wochen geliefert und in die Anlage integriert. Die Cold Box, das größte und zentrale Bauteil der Anlage, wurde von Linde Engineering im Werk Schalchen gefertigt. Von dort wurde das Gerät per Transporter nach Passau gefahren, mit dem Schiff nach Aschaffenburg gebracht und auf den finalen Schwertransport zu GSI/FAIR umgeladen. Die mechanische Fertigstellung der Gesamtanlage ist für Mitte 2023 geplant. (CP)

Nach einem kurzen Einführungsvortrag informierten sich die Schüler*innen in kurzen Videozuspielern über die Anlagen und die Forschung von GSI und erhielten einen Einblick in den Bau von Komponenten und Gebäuden der Zukunftsanlage FAIR. Die geführte Videotour nahm sie mit in den Linearbeschleuniger UNILAC, den Hauptkontrollraum und das Schwerionensynchrotron SIS18. Sie erfuhren, wie man am Experimentierplatz SHIP neue Elemente herstellen, mit Kohlenstoffionen Tumore therapieren sowie wie man mit dem Großexperiment HADES dem Rätsel der Masse auf die Spur kommen kann. Auch ein virtueller Besuch in der Testanlage für supraleitende FAIR-Magnete und auf der Aussichtsplattform auf die FAIR-Baustelle stand auf dem Programm. Ein Drohnenflug über das Baufeld rundete die Veranstaltung ab. Anschließend bestand die Möglichkeit, über einen Live-Chat Fragen zu stellen, was von den Teilnehmenden rege genutzt wurde.

Die Veranstaltungsreihe „Saturday Morning Physics“ wird von der Physikalischen Fakultät der TU Darmstadt ausgerichtet. Sie findet jährlich statt und soll das Interesse junger Menschen an Physik fördern. In den Veranstaltungen erfahren die Schüler*innen mehr über die physikalische Forschung an der Universität. Wer an den Veranstaltungen teilnimmt, erhält das „Saturday-Morning-Physics“-Diplom. GSI und seit Gründung auch FAIR zählen bereits seit dem Start der Reihe zu den Sponsoren und Unterstützern. (CP)

Weitere Informationen

• Webseite Saturday Morning Physics
• GSI/FAIR-Besichtigungen

International herausragende Postdocs erhalten bei Helmholtz die Chance, eine eigene Forschungsgruppe aufzubauen. Ein unabhängiges, multidisziplinär und international besetztes Gutachterpanel hat dieses Jahr zehn Nachwuchsgruppen zur Förderung ausgewählt. Eine davon wird Peter Micke am Helmholtz-Institut Jena in Partnerschaft mit der Friedrich-Schiller-Universität Jena leiten. Mit seiner Gruppe wird er ein neues Laserlabor aufbauen und an die HITRAP-Anlage bei GSI anschließen. Dort wird er eine ausgeklügelte Ionenfalle betreiben, in der annährend die Umgebungsbedingungen des interstellaren Weltraums herrschen. Mithilfe der GSI-Beschleuniger sollen schwere hochgeladene Ionen produziert, anschließend mit HITRAP abgebremst und schließlich in einer Ionenfalle eingefangen werden. Moderne Lasersysteme kühlen die Ionen dann nahe an den absoluten Nullpunkt, sodass die Gruppe um Peter Micke ihre Hyperfeinstruktur mittels sogenannter Quantenlogik-Spektroskopie präzise vermessen kann. Das Besondere: Diese normalerweise winzige Energieaufspaltung durch die Ausrichtung des Kernspins im Magnetfeld der am Atomkern gebundenen Elektronen ist bei schweren hochgeladenen Ionen im optischen Bereich. Sie kann dadurch hochgenau mit Lasern gemessen werden. Zudem besitzen schwere hochgeladene Ionen in ihrer Atomhülle die stärksten im Labor zugänglichen elektromagnetischen Felder. So ergibt sich eine außergewöhnliche Möglichkeit grundlegende Naturgesetze wie die Quantenelektrodynamik unter solch extremen Bedingungen zu testen, kernphysikalische Modelle besser zu verstehen und sogar nach bisher unbekannter Physik zu suchen.

„Ich gratuliere Peter Micke und bin hocherfreut, dass sein Antrag ausgewählt wurde“, sagt Prof. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI/FAIR. „Eine Helmholtz-Nachwuchsgruppenleitung bietet nicht nur ideale Entfaltungsmöglichkeiten für eine wissenschaftliche Karriere, sondern ebnet auch den Weg für neue Forschungsansätze, wie die Quantenlogik-Spektroskopie. Die Kooperations- und Forschungsmöglichkeiten bei GSI/FAIR sind herausragend und ziehen talentierte Wissenschaftler*innen an.“

Peter Micke promovierte an der Leibniz Universität Hannover mit einem Experiment, dass er an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig in Kollaboration mit dem Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg aufgebaut hatte. In diesem Experiment konnten er und seine Kolleg*innen erstmalig Quantenlogik-Spektroskopie an hochgeladenen Ionen demonstrieren. Anschließend verbrachte Peter Micke ein weiteres Jahr als Postdoc an diesem Experiment. Danach wechselte er als Senior Research Fellow an das CERN, wo er für die internationale BASE-Kollaboration arbeitete, die sich mit der Untersuchung der Materie-Antimaterie-Asymmetrie durch Messungen fundamentaler Eigenschaften des Protons und Antiprotons auseinandersetzt. Seit Frühjahr 2022 arbeitet er in Mainz, wo die BASE-Kollaboration eine ihrer Ionenfallen betreibt. Peter Micke wird die neue Helmholtz-Nachwuchsgruppe innerhalb der nächsten 11 Monate starten. (LW)
 

Zum Anlass der erfolgreichen Inbetriebnahme und zur Abstimmung wichtiger Aspekte der weiteren Zusammenarbeit hat eine Delegation von GSI/FAIR, bestehend aus dem Wissenschaftlichen Geschäftsführer Professor Paolo Giubellino und dem Technischen Geschäftsführer Jörg Blaurock sowie Mitarbeitenden des Subprojektes SIS100/SIS18, die Einrichtung in Salerno besucht. Ebenfalls vor Ort waren Vertreter des Managements des italienischen nationalen Kernphysikinstituts (INFN, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), wo die Testanlage angesiedelt ist. Teil des Besuchs war auch ein Treffen mit der Leitung der Universität Salerno, die unter anderem Laborräume und technischen Support für die Entwicklung der Ausrüstungsgegenstände zur Verfügung stellt.

Die Quadrupolmodule für den FAIR-Ringbeschleuniger sind äußerst komplex. Wesentliche Komponenten sind die supraleitenden Quadrupoleinheiten. Jedes Modul beinhaltet zwei Quadrupoleinheiten sowie weitere, technisch hoch anspruchsvolle Bauteile. Dazu gehören beispielsweise die dünnwandigen und mit flüssigem Helium gekühlten Magnetkammern, die kryogenen Ionenfänger und die kryogenen Strahlpositionsmonitore. Die Wertschöpfungskette, also die Fertigungsstufen der SIS100-Quadrupolmodul-Produktion, umfasst somit zahlreiche Zulieferer und Standorte. Nach der Herstellung werden die supraleitenden Quadrupoleinheiten zunächst an Bilfinger Noell in Würzburg gesendet und dort zu supraleitenden Quadrupolmodulen integriert.

Durch die Integration der Quadrupolmodule entsteht ein komplexes System aus parallelen, hydraulischen Kreisen für flüssiges und gasförmiges Helium und einem Vakuumsystem, dessen Wände, Temperaturen zwischen vier und zehn Kelvin aufweisen. Auch werden extreme Anforderungen gestellt, beispielsweise an die Positionstreue der Komponenten beim Abkühlen von Raumtemperatur auf die 4,5 Kelvin Betriebstemperatur der Magnete. Obwohl die kalte Masse auf einem aus zwei separaten Tragwerken bestehenden Träger aufgebaut wird, darf deren Position im kalten Zustand nur um maximal 0,1 Millimeter vom Sollwert abweichen. Die Eigenschaften jedes integrierten Modules müssen daher in einem separaten Kalttest untersucht und bestätigt werden.

Das Kalttesten von 81 der insgesamt 83 SIS100-Quadrupolmodule wurde auf der Basis eines Memorandum of Understanding (MoU) zwischen dem deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung und dem italienischen Ministerium für Bildung, Universitäten und Forschung ermöglicht. Der Standort Salerno wies hierfür ideale Voraussetzung auf. Auf dem Campus der Universität Salerno war schon zuvor eine kryogene Testanlage zum Testen von FAIR-SIS300 Magneten errichtet worden.

Aufbauend auf diesen guten Voraussetzungen hat das lokale INFN-Team unter Leitung von Dr. Umberto Gambardella nun alle zum Testen der SIS100-Quadrupolmodule notwendigen zusätzlichen Ausrüstungsgestände entwickelt, beschafft und aufgebaut. Neben der eigentlichen Kryoanlage mussten auch Messsysteme für die elektrischen Stromkreise der Magnete sowie Systeme zur Überwachung der Supraleitung (Quench-Detektion) entwickelt und gebaut werden.

In Laufe dieses Jahres konnte die kryogene Testanlage THOR zum ersten Mal kaltgefahren und in Betrieb genommen werden. Zu diesem Zwecke wurde das erste SIS100-Quadrupolmodul (FoS, First of Series) nach Salerno gebracht und dort an der Testanlage aufgebaut. Das italienische Team war zuvor bei GSI für das Testen der Module ausgebildet worden, außerdem wurde ein kontinuierlicher Informationsaustausch zwischen GSI und INFN eingerichtet.

Die italienische Wissenschafts-Community und GSI/FAIR sind auf vielen Gebieten eng verbunden. Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino sagt: „Unsere Zusammenarbeit mit Italien ist von großer Bedeutung. Italienische Forschende sind in zahlreichen Bereichen und Kollaborationen bei GSI und FAIR vertreten und leisten hervorragende Beiträge. Italien und gerade das INFN haben eine starke wissenschaftliche und technologische Beteiligung an FAIR und tragen sowohl zu den Beschleunigern als auch zu den Experimenten bei. Wir hoffen, dass diese Einbindung schließlich zu einer Vollmitgliedschaft werden wird. Ich freue mich sehr über diese Vertiefung an der Testanlage THOR und den weiteren Ausbau unserer erfolgreichen Zusammenarbeit.“ (BP)

In dem Vertrag verpflichtet sich Focused Energy, mehr als 100.000 Euro für den Ausbau des PHELIX-Lasersystems bei GSI/FAIR zu investieren. Mit der Finanzierung wollen die Forschenden das Frontend des Lasers dahingehend verbessern, dass der Aufbau nicht-kohärente breitbandige Nanosekunden-Laserpulse zur Verfügung stellt. Diese können genutzt werden, um die Bedingungen für eine stabilere Laser-Plasma-Wechselwirkung herzustellen, denn Laser-Plasma-Instabilitäten sind einer der identifizierten Herausforderungen auf dem Weg zur Energieerzeugung durch Trägheitsfusion.

„Die Kooperation stellt eine Chance für uns dar, mit unserer einzigartigen PHELIX-Anlage die Grundlagen dieser vielversprechende Energieerzeugungsform genauer abzustecken“, erläutert Giubellino. „Wir begrüßen die Förderung von Forschung und Entwicklung anwendungsbezogener Technologien auch durch kommerzielle Partner, die das Ausnutzen von Synergien erlauben und wichtige Impulse beitragen können. Dies ist ein exzellentes Beispiel dafür, wie das breite Forschungsprogramm von FAIR, in diesem Fall das APPA-Plasmaphysik-Programm, fundamentale wissenschaftliche Messungen mit enormer gesellschaftlicher Wirkungskraft beitragen kann.“

GSI und FAIR sind mit Markus Roth, der auch Professor für Laser- und Plasmaphysik an der Technischen Universität Darmstadt ist, bereits langjährig verbunden. Unter anderem war Roth zuvor Postdoc und wissenschaftlicher Mitarbeiter bei GSI und kann auf eine langjährige Historie von in der GSI-Plasmaphysik durchgeführten Experimenten zurückblicken. Mit dem Start-up Focused Energy wollen Roth und seine Kolleg*innen nun Fusionskraftwerke und andere lasergetriebene Strahlenquellen, beispielsweise für zerstörungsfreie Prüfverfahren oder zur Detektion von verborgenen Substanzen, entwickeln und kommerzialisieren. (CP)

Weitere Informationen

• Webseite Focussed Energy
• Forschungsabteilung Plasmaphysik/PHELIX

Das Grußwort sprach Prof. Dr. Dr. Gerhard Kraft, der Begründer und ehemalige Leiter der Abteilung Biophysik bei GSI. Zuvor hatte Dr. Hartmut Eickhoff, Vorsitzender des Fördervereins, die Teilnehmenden begrüßt. Den Festvortrag hielt die Physikerin und frühere Christoph-Schmelzer-Preisträgerin Prof. Dr. Katia Parodi von der Ludwig-Maximilian-Universität München zum Thema „New prospects in precision image-guided radiation therapy“.

Preisträgerin Dr. Veronika Flatten beschäftigt sich in ihrer Dissertation mit dem Titel „Estimating the effects on the dose distribution through the Bragg Peak degradation of lung tissue in proton therapy of thoracic tumors“ mit dem Einfluss von Dichteinhomogenitäten in Lungengewebe auf die Genauigkeit der Dosisverteilung. In ihrer Arbeit hat sie gezeigt, dass die relevante Information über die Dichteinhomogenitäten aus den diagnostischen Computertomographie-Aufnahmen extrahiert werden kann und deren Einfluss damit ohne zusätzliche Messungen am Patienten in der Bestrahlungsplanung berücksichtigt werden kann.

Dr. Timo Steinsberger hat für seine Arbeit mit dem Dissertationsthema „Development and experimental validation of adaptive conformal particle therapy“ Methoden zur Kompensation der Bewegung des Tumors während der Bestrahlung entwickelt; er hat dazu bestehende Konzepte für eine regelmäßige Bewegung erweitert. Anstatt Atembewegungen mit stets gleicher Amplitude und Frequenz vorauszusetzen, lässt er nun in der Bestrahlungsplanung realistischere, unregelmäßige Tumorbewegungen zu und hat die entsprechenden Kompensations-Algorithmen auch in das Bestrahlungskontrollsystem implementiert.

Die Masterarbeit von Christopher Cortes Garcia mit dem Titel “Investigation of RF-signals for the slow extraction at HIT’s medical synchrotron” befasst sich mit Verbesserungen der Zeitstruktur des vom Beschleuniger extrahierten Ionenstrahls. Durch eine Kombination theoretischer und experimenteller Arbeiten konnte er ein Verfahren etablieren, das eine deutliche Verkürzung der Bestrahlungszeit bei gleichzeitiger Verbesserung der Bestrahlungsgenauigkeit erlaubt.

Das Preisgeld für die Dissertationen beträgt jeweils 1500 Euro, für Masterarbeiten 750 Euro. Benannt ist die Auszeichnung nach Professor Christoph Schmelzer, dem Mitbegründer und ersten Wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI. Die Nachwuchsförderung auf dem Gebiet der Tumortherapie mit Ionenstrahlen hat inzwischen eine langjährige Kontinuität, bereits zum 24. Mal wurde der Preis nun vergeben. Die Themen der ausgezeichneten, wissenschaftlichen Arbeiten sind von grundlegender Bedeutung für die Weiterentwicklung der Ionenstrahltherapie, da die Ergebnisse der prämierten Arbeiten oftmals Einzug in die klinische Anwendung finden. (BP)

Über den Förderverein

Der Verein zur Förderung der Tumortherapie unterstützt Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Tumortherapie mit schweren Ionen mit dem Ziel, die Behandlung von Tumoren zu verbessern und der allgemeinen Patientenversorgung zur Verfügung zu stellen. An der Beschleunigeranlage bei GSI wurden im Rahmen eines Pilotprojekts von 1997 bis 2008 über 400 Patient*innen mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionenstrahlen behandelt. Die Heilungsraten dieser Methode liegen zum Teil bei über 90 Prozent, und die Nebenwirkungen sind sehr gering. Der Erfolg des Pilotprojektes führte zum Aufbau klinischer Ionenstrahltherapiezentren in Heidelberg und Marburg, an denen nun routinemäßig mit schweren Ionen behandelt werden kann.

Weiterführende Informationen

Verein zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen e.V.

Philipps-Universität Marburg

Technische Universität Darmstadt

GSI- und FAIR-Mitarbeitende können sich ein Exemplar im Foyer oder am Empfang in der Borsigstraße abholen. Wer den DIN-A2-großen Kalender von FAIR und GSI bestellen möchte, wendet sich direkt per E-Mail an kalender(at)gsi.de  (Datenschutzhinweis) und erhält den Kalender per Post zugesandt. Bitte folgende Angaben nicht vergessen: eigener Name, eigene Adresse und die gewünschte Anzahl der Kalender. Wir bitten um Verständnis, dass aufgrund der limitierten Auflage pro Anfrage maximal drei Kalender versendet werden können (solange der Vorrat reicht). (CP)

Die Technische Universität Warschau ist eine der führenden technischen Hochschulen in Polen und eine der größten in Mitteleuropa. Es gibt 19 Fakultäten, die fast alle Bereiche der Wissenschaft und Technik abdecken. Die Fakultät für Physik und die Fakultät für Elektronik und Informationstechnologie verbindet eine langjährige Zusammenarbeit mit GSI in Darmstadt, die jetzt für FAIR noch ausgebaut wird. Sie sind auch stark bei Bau und wissenschaftlichem Programm von FAIR eingebunden, vor allem in den Bereichen Kern- und Hadronenphysik und Entwicklung neuer Technologien.

Künftig werden bis zu zehn Studierende und Promovierende pro Jahr von der neuen Partnerschaft profitieren: Im Rahmen von Kurzzeitpraktika oder mehrjährigen Forschungsaufenthalten können sie in der zukunftsweisenden Forschungsumgebung von GSI/FAIR lernen und arbeiten, die ihnen unter anderem Mentoren nennt und bei Bedarf bei der Wohnungssuche für die Dauer ihres Aufenthalts hilft. Die Programmteilnehmenden können auch bei GSI/FAIR-Veranstaltungen dabei sein, darunter Symposien und Vorträge sowie das GSI-Sommerprogramm für Studierende.

Die GET_INvolved-Partner werden für das Auswahlverfahren eine gemeinsame Jury bilden. Die Praktika können zwischen drei und sechs Monaten dauern und setzen mindestens einen Bachelor-Abschluss voraus. Bewerber*innen für Forschungsaufenthalte müssen einen Master-Abschluss haben, Promovierende sein oder eine mindestens zweijährige Forschungserfahrung nachweisen. Solche Aufenthalte können bis zu zwei Jahre dauern.

„FAIR/GSI ist eine Talentschmiede, und im Rahmen des GET_INvolved-Programms werden junge Studierende und Forschende an der Technischen Universität Warschau während ihrer Ausbildung leichter und umfassender von den technischen Kenntnissen und der Expertise der FAIR-Wissenschaftscommunity profitieren. Ich freue mich, diese GET_INvolved-Programm-Partnerschaft mit der Technischen Universität Warschau zu unterzeichnen, einer Exzellenzeinrichtung, mit der wir bereits eine sehr fruchtbare Zusammenarbeit pflegen. Diese Vereinbarung wird brillanten jungen Wissenschaftler*innen und Ingenieur*innen die Möglichkeit geben, sich aus erster Hand in einer fortschrittlichen, internationalen Forschungseinrichtung zu informieren", sagte Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR.

„Ich freue mich, diese Initiative zu eröffnen und die langjährige Zusammenarbeit zwischen der Technischen Universität Warschau und GSI/FAIR zu würdigen. WUT ist ein zuverlässiger Partner, und die Beziehung wird durch diese Kooperationsvereinbarung zum GET_INvolved-Programm noch weiter gestärkt. Ich bin zuversichtlich, dass wir mit der Unterzeichnung dieser Vereinbarung unsere Zusammenarbeit in allen Bereichen des Ingenieurwesens und der Technologie weiter voranbringen und unseren jungen Studierenden und Forschenden im internationalen Beschleunigerzentrum FAIR noch mehr Möglichkeiten bieten können", sagte Professor Mariusz Malinowski, Vizerektor für Forschung an der WUT in Warschau. (BP)

Kooperation

WUT Warschau und GSI/FAIR Darmstadt arbeiten seit längerem auf verschiedenen Ebenen zusammen. WUT-Forschende, Expert*innen und Studierende unter der Leitung von Professor Hanna Paulina Zbroszczyk sind Teil der beiden internationalen Kooperationen bei FAIR. Ein ähnliches Programm im Rahmen von Trainee-Angeboten wird seit 2019 mit bestimmten Forschungsgruppen initiiert, um junge Talente zu fördern und sie an die Wissenschaftseinrichtung FAIR zu binden. Mit „GET_INvolved“ wird dies nun auf alle Studierenden und Forschenden der WUT deutlich ausgeweitet.

Über die Technische Universität Warschau

Die Technische Universität Warschau knüpft an die Traditionen der polnischen technischen Hochschulen an, die früher in Warschau tätig waren - das 1826 dank der Bemühungen von Stanisław Staszic gegründete Polytechnische Institut und die 1895 gegründete Schule von Hipolit Wawelberg und Stanisław Rotwand. Die ununterbrochen arbeitende Universität hat Generationen von Absolventen hervorgebracht und zahlreiche wissenschaftliche und technische Errungenschaften vorzuweisen. Sie ist nicht nur die älteste, sondern auch die beste technische Universität in Polen: In der Rangliste der polnischen Universitäten belegt sie seit fünfzehn Jahren den ersten Platz in ihrer Kategorie.

Über das GET_INvolved-Programm

Das GET_INvolved-Programm bietet internationalen Studierenden und Nachwuchswissenschaftler*innen aus Partnereinrichtungen die Möglichkeit, Praktika, Traineeships und erste Forschungserfahrungen zu sammeln, um sich im internationalen FAIR-Beschleunigerprojekt einzubringen und gleichzeitig eine wissenschaftliche und technische Ausbildung zu erhalten. Das GET_INvolved-Programm hat derzeit mehr als 35 Programmpartner weltweit.

Weitere Informationen

Weitere Details zum Bewerbungsverfahren für Studierende und Forschende werden in Kürze veröffentlicht. Weitere Informationen zum GET_INvolved-Programm gibt es auf den Programmseiten der WUT und der GSI/FAIR-Website. Für unmittelbare Fragen können sich Interessenten an Prof. Hanna Paulina Zbroszczyk (hanna.zbroszczyk@pw.edu.pl), Programmkoordinatorin an der WUT, oder an Dr. Pradeep Ghosh, Programmkoordinator fürGSI/FAI (Pradeep.Ghosh@fair-center.eu) wenden.

Spano ist einer von drei Artist-in-Science-Residents, die der Darmstädter Verein „Kultur einer Digitalstadt“ 2022 erstmalig für Künstler*innen aller Disziplinen vergeben hat. Der Atelieraufenthalt auf der Rosenhöhe in Darmstadt ist an die Zusammenarbeit mit jeweils einem renommierten Darmstädter Forschungsinstitut geknüpft: Kooperationspartner sind die European Space Agency (ESA) / European Space Operations Centre (ESOC), das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und das Hessische Zentrum für Künstliche Intelligenz (hessian.AI). Das internationale Interesse war groß: 158 Künstler*innen aller Disziplinen aus 59 Ländern hatten sich im Frühjahr 2022 auf die drei ausgeschriebenen Stipendien beworben.

Luca Spano zieht eine positive Bilanz: „Ich hatte eine schöne Zeit am Institut. Die Forschung befasst sich mit den grundlegenden Fragen der Menschheit, der Materialität unseres Universums sowie mit den dringendsten philosophischen Ideen, die uns verfolgen. Das Umfeld bei GSI ist sehr kooperativ und aufgeschlossen. Obwohl ich aus einem anderen Forschungsgebiet komme, hat sich das Institut sehr offen gezeigt. Kunst und Wissenschaft liegen sehr nah beieinander und haben viel mehr Berührungspunkte als wir gemeinhin denken. Ich bin der festen Überzeugung, dass eine Brücke zwischen den beiden Feldern nötig ist. Die Disziplinen selbst, die beteiligten Menschen und die Gesellschaft insgesamt wird von dieser Beziehung wirklich profitieren.“

„Mit Luca Spano trafen die Kolleg*innen eine Person, die offen und neugierig ist, und die herausfordernde Fragen gestellt hat, um neue Blickwinkel auf die Forschung einzunehmen. Luca hat Diskussionen und Denkprozesse angestoßen und es zeigte sich, dass die Herangehensweisen in Wissenschaft und Kunst sehr ähnlich sind.“ berichtet Kathrin Göbel, die die Residenz bei GSI/FAIR betreut hat, über die intensive Zeit des Austauschs.

Luca Spanos Arbeit mit GSI ist Teil von „After the Last Image“, einem Projekt über die biologischen und technologischen Grenzen des Sehens und ihre Rolle bei der Konstruktion von Realität. In sechs Wochen tiefgehendem Austausch mit Forschenden von GSI/FAIR und intensiver Arbeit im Atelier entstand das Werk „Symphony of Chances“.

„Ich traf viele Forscher*innen bei GSI, und es war ein Privileg, sehr lange und nachdenkliche Gespräche mit ihnen führen zu können. Bereits nach den ersten Treffen zeichnete sich ein konstantes Muster ab. Nichts ist festgelegt. Alles ist ständig im Wandel. Also sind auch das Universum, unser Planet und wir selbst ständig im Wandel. Alles basiert auf Wahrscheinlichkeiten, oder, wie ich sie gerne nenne, „Chancen“, berichtet Spano. „Das Ziel der Forschung an der GSI ist es, Experimente unter möglichst identischen Bedingungen beliebig oft zu wiederholen, um Theorien zu testen und eine Form standardisierter Gewissheit zu erreichen. Sie stimmen alles ab und kontrollieren es, um die Durchführung zu wiederholen. Ich hatte das Gefühl, vor einem Orchester zu stehen, in dem jeder übte, um eine bestimmte Sinfonie perfekt zu reproduzieren. Aber wie jede Aufführung desselben Musikstücks, unterscheidet sich auch jedes Experiment vom anderen. Es sind Sinfonien, die sich sehr ähneln, aber niemals identisch sind. Und was bewirkt diese Sinfonie? Diese Sinfonie schafft Chancen, Ereignisse zu beobachten, Daten zu sammeln und die Theorie zu testen. Ja, es gibt keine Gewissheit. Ein Experiment basiert darauf, Rahmenbedingungen zu schaffen, damit etwas mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit passiert. Aber es ist nicht sicher. Wir wissen, dass etwas eine bestimmte Reaktion auslösen kann, aber wir wissen nicht, ob und wann das passieren wird. Es ist eine Symphonie der Chancen.“

Die Residence von Luca Spano endete Anfang September mit einer spektakulären Ausstellung im Atelier auf der Rosenhöhe. Der interdisziplinäre Ansatz der Arbeit hat eine Ökologie von Text, Bildern, skulpturalen Artefakten und Ton geschaffen. Es ist die Folge vieler Gespräche mit Physiker*innen, die Ästhetik der wissenschaftlichen Forschung, die Erforschung der verborgenen Systeme, die unsere Realität prägen.

Ende Oktober endete der erste Zyklus der Artist-in-Science-Residence. Kultur einer Digitalstadt zieht ein durchweg positives Resümee: „Während der je sechswöchigen Residencies von Alvaro Rodriguez Badel (mit hessian.AI), Luca Spano (mit GSI/FAIR) und zuletzt Swaantje Güntzel (mit ESA/ESOC) fand ein intensiver Austausch zwischen den beteiligten Wissenschaftler*innen und Künstler*innen statt, der wohl für alle überraschend positiv verlief. Die beiden vertraute Methodik (Modellieren, Experimentieren, Trial and Error und dabei das Interesse am Scheitern auch hinsichtlich der Frage „is it a bug or a feature“) ermöglichte einen lebendigen und kreativen Austausch. Und auch die Fragen, die man sich in Wissenschaft und Kunst stellt, sind einander ähnlich. Geht es doch in beiden Disziplinen um eine Erweiterung des Wissens in Bereiche, die unerforscht/unergründet sind, mithin (noch) unsichtbar. Und immer darum, dieses Unsichtbare zu ergründen, zu verstehen und sichtbarer zu machen. Indem Künstler*innen und Wissenschaftler*innen sich den „großen Fragen“ gemeinsam widmen und indem ihr Diskurs über Diskussionsrunden und Ausstellungen veröffentlicht wird, wird er der Gesellschaft nicht nur verfügbar, sondern ermöglicht auch die Teilnahme und Teilhabe daran. Das ist wichtig, denn die Kultur der Menschen ist Allgemeingut.“

Die Teilnehmenden und Organisatoren danken allen Aktiven von GSI und FAIR, die sich bei diesem Projekt engagiert haben und Einblicke in ihre Forschung und ihre persönlichen Sichtweisen auf die Forschung gegeben haben: Oliver Keller, der mit Luca Spano an einer Klanginstallation gearbeitet hat, Christian Sürder und Davide Racano, die die Umsetzung eines Werks unterstützt haben, Haik Simon, Joachim Stroth, Bettina Lommel, Francesca Luoni, Daniel Severin, Adrian Rost, Matthias Zander, Helmut Kreiser, Bastii Löher, Magdalena Gorska, Christian Schmidt, Lena Weitz, Gabi Otto, Paolo Giubellino und Kathrin Göbel.

Die „Artist-in-Science-Residence“ wird mit Unterstützung des Kulturfonds Frankfurt RheinMain, der Merck’schen Gesellschaft für Kunst und Wissenschaft, der Wissenschaftsstadt Darmstadt und der Digitalstadt Darmstadt GmbH sowie den beteiligten Instituten realisiert. (KG/BP)

Kultur einer Digitalstadt

„Kultur einer Digitalstadt“ (KeD) ist ein interdisziplinäres Projekt, das sich an Kulturschaffende und Kulturinteressierte aus Darmstadt, der umgebenden Region und darüber hinaus wendet. KeD versteht sich als eine Plattform, von der aus unterschiedliche Aspekte der Digitalität, aus künstlerischer und kultureller Perspektive beobachtet, kommentiert und mitgestaltet werden können. Mit der Residence bietet KeD die Möglichkeit, die wissenschaftlichen und technischen Potentiale der Stadt mit der ebenso umfassenden und relevanten Kultur- und Kunsttradition zusammenzuführen. Eine derartige Verknüpfung künstlerischer und wissenschaftlicher Forschung zu gemeinsamen Themen und Fragen kann einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der Welt, des Menschen und seiner Gesellschaft leisten.

In ihrer Dissertation „Time for Hyperons. Development of Software Tools for Reconstructing Hyperons at PANDA and HADES“ hat die Physikerin Dr. Jenny Regina eine detaillierte Hyperonen-Simulationsstudie des PANDA-Detektors, Entwicklungen von zeitbasierten Algorithmen zur Spurrekonstruktion für PANDA und eine Programmbibliothek zu kinematischen Anpassungen im HADES-Experiment vorgestellt. Ein Kandidat für online Spurrekonstruktions-Algorithmen wurde entwickelt und getestet basierend auf einem 4-D zellulären Automaten. Er nutzt Informationen vom PANDA-Straw-Tube-Tracker-Detektor und ist dabei unabhängig vom Ursprungsort des Teilchens. Die Qualitätssicherung des Spurrekonstruktionsprozesses und Ergebnisse der Spurverfolgung bei unterschiedlichen Ereignisraten wurden ebenfalls untersucht. Darüber hinaus wurden Extrapolationsalgorithmen aufgezeigt, die Spurinformationen weiterer Detektorkomponenten nutzen.

Um die Möglichkeiten des PANDA@HADES Experimentes zu maximieren, wurde in Dr. Reginas Arbeit eine Methode zur kinematischen Anpassung für das HADES Experiment entwickelt, die geometrisch die Zerfallsvertexinformation neutraler Teilchen und Spurparameter wie beispielsweise deren Impuls kombiniert. Dr. Regina hat ihre Arbeit bei mehreren nationalen und internationalen Konferenzen, sowie in Plenarvorträgen bei PANDA Kollaborationstreffen vorgestellt und bereitet gerade die Publikation der einzelnen Teile ihrer Arbeit vor.

Die PANDA Kollaboration vergibt den Doktorand*innenpreis um damit insbesondere Beiträge von Studentinnen und Studenten zum PANDA Projekt auszuzeichnen. Kandidat*innen für den PhD-Preis werden von der jeweiligen Promotionsbetreuung nominiert. Voraussetzung ist neben einem direkten Bezug zur PANDA-Forschung die Bewertung der Promotion mit mindestens „sehr gut“. Bis zu drei Kandidat*innen kommen in die engere Auswahl und dürfen ihre Arbeit beim PANDA-Kollaborationsmeeting präsentieren. Die Entscheidung erfolgt durch ein von der PANDA-Kollaboration benanntes Komitee. (BP)

Weitere Informationen

Über die Promotionsarbeit von Dr. Jenny Regina

Über den PANDA-Preis

Das „FAIR Projekt Associate Programme“ ermöglicht es potenziellen Partnern aus der Industrie in den FAIR-Gesellschafterländern, sich direkt zu beteiligen (= „GET_INvolved“) und Hand in Hand mit den technischen Gruppen bei FAIR/GSI an der Umsetzung integrierter Arbeitspakete innerhalb des wissenschaftlichen Großprojekts FAIR zu arbeiten.

Konzipiert worden war das „FAIR Project Associate Programme“ im Jahr 2021 vom FAIR-Management als Teil des GET_INvolved-Programms. Hauptziel ist es, industrielle Partner bei den FAIR-Gesellschaftern zu unterstützen, zu ermutigen und ihnen zu helfen, für beide Seiten vorteilhafte Arbeitspakete zu finden, die in den Projektzeitplan passen und strategisch für alle Beteiligten von Interesse sind. Das Programm umfasst Vertreter der FAIR GmbH und der Gesellschafter sowie potenzielle Industriepartner, die GSI als Gastgebereinrichtung mit den erforderlichen Personalressourcen unterstützen können.

Mit dem Pilotprogramm sollen geeignete Projekte und Arbeitspakete ermittelt werden, bei denen die Beteiligung der Partner direkt von den Personalressourcen der Partnerländer und der mit ihnen verbundenen Unternehmen profitieren würde. „S2Innovations“ aus Krakau, Polen, wurde als erster Partner im Pilotprogramm ausgewählt, weil es erfolgreich war. In der Testphase gab es auch weitere Partner.

Mit der Unterzeichnungszeremonie wird ein ganz neuer Bereich des Programmportfolios eingeleitet, der sich an Unternehmen wie „S2Innovation“ richtet, die für die Zusammenarbeit an einem bestimmten Arbeitspaket bei FAIR ausgewählt wurden und von einer klaren Struktur für den Einsatz von Fachkräften dort profitieren würden. Bis zu zehn Personen (einschließlich Studierenden, Forschenden und Mitarbeitenden) können jedes Jahr im Rahmen dieses einmaligen „GET_INvolved Project Associate“-Programms mit „S2Innovation“ am FAIR-Projekt mitarbeiten.

Sie werden die Möglichkeit haben, in der Spitzenforschungsumgebung von GSI/FAIR zu lernen und zu arbeiten, die ihnen unter anderem Mentoren und Betreuende vorschlägt und sie bei der Einarbeitung in ihr Projekt unterstützt.

In einer gemeinsamen Jury mit den FAIR-Teilprojektleitenden wählen die Partner die Arbeitspakete aus, für die Fachkräfte von S2Innovation zur Durchführung ihrer Projekte bei FAIR vermittelt werden. Das Büro für internationale Zusammenarbeit ist für die Verwaltung der Programmdurchführung zuständig.

„Es ist der perfekte Zeitpunkt für Industriepartner aus FAIR-Partnerländern, sich mit FAIR/GSI zusammenzutun, in künftige Führungskräfte zu investieren und ihren Talenten die Möglichkeit zu geben, das reichhaltige technologiegetriebene Innovationsumfeld zu erkunden. Diese Gelegenheit wird es ihnen auch ermöglichen, ihre Fähigkeiten in einem für beide Seiten vorteilhaften Rahmen wie dem GET_INvolved-Programm in spezifische Arbeitspakete für FAIR einzubringen. Ich unterstütze die Initiative nachdrücklich, und wir wünschen uns, dass weitere Industriepartner diesen Weg einschlagen und bei FAIR GET_INvolved machen", sagt Dr. Ulrich Breuer, administrativer Geschäftsführer von GSI und FAIR.

„Das FAIR-Projekt tritt in eine neue Phase ein, in der die Bauarbeiten an FAIR schon sehr weit fortgeschritten sind. Daher benötigen wir ein starkes Engagement unserer Partner weltweit, insbesondere von erfahrenen Ingenieur*innen und Techniker*innen, um unseren Plan für die Installation und Inbetriebnahme der modernsten Technologien für unsere Beschleuniger und Experimente, die in verschiedenen Teilen der Welt entwickelt und produziert wurden, kohärent und sorgfältig umzusetzen. Diese geplante Durchführung erfordert auch die tatkräftige Unterstützung und Beteiligung unserer Industriepartner, die sich bei Bedarf schnell in bestimmte Arbeitspakete einklinken und mit ihren verfügbaren Ressourcen mitwirken können. Ich freue mich, dass S2Innovation aus Krakau der erste von mehreren Partnern ist, der sich diesem gemeinsamen Vorhaben anschließt und Teil des GET_INvolved-Programms ist", sagt Jörg Blaurock, technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR.

„Der polnische Shareholder unterstützt nachdrücklich die Initiative, Industriepartner in die Ausbildung und Entwicklung talentierter junger Menschen für das künftige FAIR-Beschleunigerzentrum einzubeziehen. Wir freuen uns, dass S2Innovation eines der ersten Unternehmen ist, das sich an diesem gemeinsamen Vorhaben beteiligt. Der polnische Anteilseigner und die Jagiellonen-Universität sind der Ansicht, dass die heutigen Investitionen in das Ausbildungs- und Forschungserfahrungsprogramm der jüngeren Generation für den Erfolg des FAIR-Projekts von wesentlicher Bedeutung sind“, sagt Professor Zbigniew Majka, Vertreter des polnischen Shareholders im FAIR-Council.

„S2Innovation ist stolz darauf, Teil des "GET_INvolved-Programms" zu werden, durch das wir hoffen, die Grundlage für eine künftige umfassendere Zusammenarbeit zu schaffen. Das FAIR-Projekt schafft einzigartige Möglichkeiten für innovative Unternehmen wie S2Innovation. Es ist eine große Bereicherung, Wissenschaftlern beim Bau einer so beeindruckenden Forschungseinrichtung zu helfen, deren Hauptziel die Erforschung der Entwicklung des Universums ist.  Der Erfolg von BIG Science-Projekten erfordert aufgrund ihres innovativen Charakters eine sehr enge Zusammenarbeit zwischen den Partnern. Das GET_INvolved-Programm ist eine perfekte Möglichkeit für neue Unternehmen, die Komplexität des Projekts zu verstehen und Vertrauen zwischen ihnen und dem FAIR-Team aufzubauen", sagt Wojciech Soroka, Geschäftsführer von „S2Innovation“. (BP)

Hintergrund

Im Jahr 2021 organisierte die FAIR-Delegation auf Einladung des polnischen Shareholders Jagiellonian University (JU) Krakau die „FAIR Days Polen“. Ziel der „FAIR Days“ war es, die polnische Beteiligung an FAIR zu stärken. Es war eine sehr erfolgreiche Veranstaltung mit einer Reihe wichtiger Treffen, unter anderem mit dem Vizerektor für Forschung der Jagiellonen-Universität, mit der Polnischen Akademie der Wissenschaften, mit einer sehr großen und qualifizierten Delegation der polnischen Industrie, mit Behörden und mit Vertreter*innen der verschiedenen Universitäten, die an FAIR mitwirken. Ein Kolloquium und die Unterzeichnung von Kooperationsvereinbarungen standen ebenfalls auf dem Programm. In einer speziellen Sitzung mit dem Shareholder wurden polnischen Unternehmen mit Möglichkeiten zur Teilnahme an offenen Ausschreibungen mit Produktions- und Fertigungskapazitäten sowie das GET_INvolved-Programm vorgestellt.

Über „S2Innovation“

„S2Innovation“ ist ein polnisches Unternehmen, das Ende 2017 in Krakau auf der Grundlage der Erfahrungen gegründet wurde, die beim Bau des SOLARIS-Synchrotrons gesammelt wurden - einem außergewöhnlichen Elektronenbeschleuniger in Zentralosteuropa und die größte Investition in Forschungsinfrastruktur in Polen in den letzten Jahrzehnten. „S2Innovation“ hat sich auf die Entwicklung und Wartung von spezieller Software zur Überwachung und Steuerung von Forschungsgeräten oder -prozessen spezialisiert und verwendet dabei sowohl Open-Source-Tools als auch kommerzielle Software. Ziel ist es, Forschungseinrichtungen dabei zu unterstützen, mit Hilfe modernster Software besser, schneller und effizienter zu arbeiten. Der Anspruch dabei ist es, an den führenden wissenschaftlichen Projekten teilzunehmen, die die Wissenschaft auf die nächste Stufe bringen.

Über das GET_Involved-Programm

Das GET-INvolved-Programm bietet internationalen Studierenden und Nachwuchswissenschaftler*innen aus Partnereinrichtungen die Möglichkeit, Praktika, Traineeships und erste Forschungserfahrungen zu sammeln, um sich im internationalen FAIR-Beschleunigerprojekt einzubringen und gleichzeitig eine wissenschaftliche und technische Ausbildung zu erhalten. Das GET_INvolved-Programm hat derzeit mehr als 35 Programmpartner weltweit.

Weitere Informationen

Details zum Bewerbungsverfahren für Studierende und Forschende werden in Kürze veröffentlicht. Weitere Informationen zum GET_INvolved-Programm sind auf den Programmseiten von S2Innovation und der GSI/FAIR-Website zu finden. Für unmittelbare Rückfragen stehen Ihnen Tomasz Ostatkiewicz unter Tomasz.Ostatkiewicz@s2innovation.com, Key Account Representative, bei S2INOVATION und Dr. Pradeep Ghosh, Head of International Cooperations im Auftrag von GSI/FAIR, unter Pradeep.Ghosh@fair-center.eu gerne zur Verfügung.

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 Großteil der Strahlungsdosis, die von den Besatzungen bemannter interplanetarer Missionen aufgenommen wird, wird durch galaktische kosmische Strahlung (GCR) erzeugt, 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 schwere Kerner 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.“ (BP)

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Wissenschaftliche Veröffentlichung in "Scientific Reports" (Englisch)

Viele der größten europäischen Einrichtungen im Bereich der Physik haben sich in einer langfristigen Vereinbarung zur gemeinsamen Nutzung und Verarbeitung offener Daten verpflichtet. Diese Vereinbarung wurde auf der Konferenz „ESCAPE to the Future“ unterzeichnet, bei der die Partner des europäischen Wissenschaftsclusters für Astronomie und Teilchenphysik ESFRI-Forschungsinfrastruktur (ESCAPE) sowie Mitglieder der wissenschaftlichen Community und der Europäischen Kommission im Königlichen Belgischen Institut für Naturwissenschaften in Brüssel zusammenkamen. Auch GSI/FAIR hat die ESCAPE-Kooperationsvereinbarung unterzeichnet.

Das 2019 gestartete ESCAPE-Projekt hat ein Cluster aus ESFRI-Projekten (European Strategy Forum on Research Infrastructures) und anderen Forschungseinrichtungen von Weltrang mit dem Ziel zusammengebracht, den Bereich einer European Open Science Cloud (EOSC) zu implementieren, um Open Science in der Astrophysik und Teilchenphysik zu fördern. Da sich das durch H2020 finanzierte ESCAPE-Projekt dem Ende zuneigt, tauschten die Mitglieder des Clusters ihre Ergebnisse und Fortschritte aus, diskutierten die nächsten Herausforderungen und gaben einen Ausblick auf die Zukunft. Die Veranstaltung stellte den Beginn einer neuen Etappe dar: Nach den erfolgreichen Erfahrungen des ESCAPE-Projekts haben die neun Kernpartner der ESCAPE-Forschungsinfrastruktur eine neue Vereinbarung über die offene Zusammenarbeit unterzeichnet, die ihre grenzüberschreitenden Maßnahmen zum Nutzen der offenen Wissenschaft, der Umsetzung des EOSC und der Einrichtung neuer nachhaltiger Kooperationen im Rahmen von Horizont Europa zum Nutzen der europäischen Strategie für Daten und Spitzenforschung festigt.

Während des Durchführungszeitraums des ESCAPE-Projekts haben Partner aus den Bereichen Astronomie, Astroteilchen-, Teilchen- und Kernphysik gemeinsam an der Entwicklung von Software für die Verwaltung offener Daten in einer grenzüberschreitenden und multidisziplinären offenen Umgebung nach den FAIR-Prinzipien (Findable, Accessible, Interoperable and Reusable) gearbeitet. Die Veranstaltung "ESCAPE to the Future" diente als Endpunkt des von H2020 finanzierten Projekts, bei dem die Partner die erreichten Ziele und zukünftigen Arbeitslinien diskutierten.

„Die wissenschaftliche Forschung entwickelt sich in Richtung des neuen Paradigmas der offenen Wissenschaft (Open Science) für offenere, transparentere, auf Zusamenarbeit ausgerichtete und integrative wissenschaftliche Praktiken, um die Wirkung der Wissenschaft in unserer Gesellschaft zu verstärken, was durch die Ausweitung der Informations- und Kommunikationstechnologien gefördert wird. Dies ist die grundlegende Motivation der ESCAPE-Wissenschaftsgemeinschaft und auch die Herausforderung, die die paneuropäischen Forschungsinfrastrukturen (RIs), die Mitglieder des ESCAPE-Wissenschaftsclusters sind, teilen“, erklärt Dr. Giovanni Lamanna, Koordinator des ESCAPE-Projekts. „Das erfolgreiche Arbeitsprogramm, die Leistungen und die Fähigkeit der ESCAPE-Forschungszentren zur Zusammenarbeit im Rahmen einer datenintensiven Wissenschaft, die zu neuen Erkenntnissen und Innovationen führt, finden breite Anerkennung. Die ESCAPE RIs sind bereit, die Zusammenarbeit fortzusetzen, indem sie ihre Anstrengungen bündeln. Die Bottom-up-Forderungen der beteiligten Forschenden, die gegenseitige Bereicherung in Wissenschaft und Innovation, die ESCAPE aufbauen konnte, nicht zu unterbrechen, sondern fortzusetzen, werden stark berücksichtigt. Aus diesen Gründen wird eine neue offene ESCAPE-Kooperationsvereinbarung geschlossen.“

Die neue Vereinbarung über die offene Zusammenarbeit, die während der Veranstaltung „ESCAPE for the Future“ öffentlich bekannt gegeben und von allen Direktoren aller Forschungsinfrastrukturpartner unterzeichnet wurde, wird ab Januar 2023 in Kraft treten und auch dazu beitragen, die Synergien und die gemeinsame Arbeit aller fünf bereichsbezogenen Wissenschaftscluster (siehe Abschnitt „ESFRI-Cluster“ unten) fortzusetzen, die an der Umsetzung von EOSC beteiligt sind. Die Vereinbarung ist auch offen für den Beitritt weiterer Forschungsinfrastrukturen. Es ist zu erwarten, dass diese Vereinbarung die gemeinschaftliche und persönliche Erfahrung des Wissenschaftsclusters fortführt und die Rolle und den Einfluss der Astronomie und Kern-/Teilchenphysik im Bereich der offenen Wissenschaft und im weiteren Sinne im Europäischen Forschungsraum stärkt. (ESCAPE/BP)

Wissenschaftscluster und EOSC

Die European Open Science Cloud (EOSC) ist eine Cloud für Forschungsdaten in Europa, die einen universellen Zugang zu Daten ermöglicht; eine einzige Online-Plattform, auf der alle europäischen Forschenden Folgendes tun können: erstens, von anderen Forschenden erstellte Daten zu finden, darauf zuzugreifen und sie weiterzuverwenden; zweitens, Daten, für deren Erstellung sie bezahlt wurden, zu hinterlegen, zu analysieren und weiterzugeben. EOSC wird dazu beitragen, die Anerkennung von datenintensiver Forschung und Datenwissenschaft zu erhöhen. Seine Architektur wird als eine gemeinsame Dateninfrastruktur entwickelt, die den Bedürfnissen der Wissenschaftler*innen dient und sowohl gemeinsame Funktionen als auch lokalisierte, auf die Gemeinschaftsebene verlagerte Dienste bietet. EOSC wird die vorhandenen Ressourcen nationaler Datenzentren, europäischer e-Infrastrukturen und Forschungsinfrastrukturen zusammenführen und seine Nutzerbasis schrittweise für den öffentlichen Sektor und die Industrie öffnen.

ESFRI-Cluster

Forschungsinfrastrukturen sind eng mit Forschungsgemeinschaften und -projekten verbunden, verwalten große Datenmengen und entwickeln innovative Datenanalysetools, um eine effektive Nutzung von Forschungsdaten zu gewährleisten. Fünf ESFRI-Cluster-Projekte wurden 2019 im Rahmen des H2020-Programms der Europäischen Union ins Leben gerufen und bieten einen Sammelpunkt für verschiedene ESFRI-Projekte und -Standorte, um sich mit dem EOSC zu verbinden. Die fünf Wissenschaftscluster sind ENVRI-FAIR für die Umweltforschung, EOSC-Life für die Lebenswissenschaften, ESCAPE für Astronomie, Teilchenphysik und Kernphysik, PaNOSC für multidisziplinäre wissenschaftliche Analysen auf der Grundlage von Einrichtungen für Licht- und Neutronenquellen und SSHOC für Sozial- und Geisteswissenschaften. Die ESFRI-Wissenschaftsclusterprojekte implementieren Schnittstellen zur Integration von Computer- und Datenmanagementlösungen, um grenzüberschreitende, interdisziplinäre und offene Kooperationsräume für europäische Forschende zu schaffen.

Partner

Zu den ersten RIs, die die ESCAPE Open Collaboration-Vereinbarung unterzeichnet haben, gehören ESFRI-Projekte/Landmarks und Forschungsinfrastrukturen wie die Europäische Organisation für Kernforschung (CERN), das Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), die KM3NeT Neutrino Telescope Research Infrastructure (KM3NeT), das Europäische Gravitationswellen-Observatorium (EGO-Virgo), die Europäische Südsternwarte (ESO), das Europäische Sonnenteleskop (EST), die Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR), das Joint Institute for VLBI-ERIC (JIV-ERIC) und das Square Kilometre Array Observatory (SKAO).

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Projekt ESCAPE

News-Veröffentlichung ESCAPE

Die jeweils einstündigen Veranstaltungen beginnen mit einem kurzen Impulsvortrag zum Forschungsthema der Wissenschaftler*innen, im Anschluss stehen sie bereit, um sich von den Schüler*innen befragen zu lassen. Alle wissenschaftlichen Thematiken rund um GSI und FAIR werden abgedeckt: Ob Bau und Betrieb von Beschleunigern, die Arbeit an Detektoren zur Messung von Kernreaktionen, die Vorgänge im Weltall, die Erforschung neuer, superschwerer Elemente oder die Tumortherapie mit Ionenstrahlen – für alle diese und noch viel mehr Forschungsgebiete stehen insgesamt zwölf Expert*innen zur Verfügung. Karrierestufen von Doktorand*innen bis zu Professor*innen sind vertreten, um einen Einblick in den Karriereweg zu geben.

Die Veranstaltungen finden online als Videokonferenzen statt. Lehrkräfte der Oberstufe können Termine für „Meet a scientist“ im Klassenverband anfragen. Die Klassen können sich dann entweder als Einzelpersonen oder im Verband in die Veranstaltungen einwählen. Eine Übersicht über die teilnehmenden Wissenschaftler*innen, die zur Verfügung stehenden Zeiten sowie über die Teilnahmemodalitäten findet sich unter www.gsi.de/meet-a-scientist. Interessierte könnten sich im Web direkt anmelden oder sich mit Rückfragen an meetascientist(at)gsi.de wenden. (CP)

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• Webseite „Meet a scientist“

Kreiser wurde durch die Leserschaft der Publikationen der Vogel IT-Akademie gewählt. Insgesamt gingen über 1200 Stimmen zu den elf nominierten Kandidaten ein. Neben der Kategorie Innovation wurde auch noch jeweils ein Preis in den Bereichen Transformation, Sustainability und Efficiency vergeben. Der erstmals verliehene Preis soll Menschen in Unternehmen und die Teams, die hinter ihnen stehen, auszeichnen, die Innovation und neue Infrastrukturstrategien vorantreiben.

GSI/FAIR haben mit dem Green IT Cube ein sehr energieeffizientes und nachhaltiges Rechenzentrum, dessen Technologie auf der Kaltwasserkühlung der Computerschränke (sogenannte Racks) und der Weiterverwendung der abgeführten Wärme basiert. Interessierte Partner können im Rahmen des Reallabors „Digital Open Lab“ ihre Rechnersysteme in die Racks einsetzen und sie für die Entwicklung, Erprobung und das Upscaling von energieeffizienten Hochleistungsrechnern bis zum Maßstab industrieller Demonstratoren auf dem Campus entwickeln.

Dabei setzen GSI/FAIR auf die Open Innovation Strategie und die Co-Innovation Strategie. Das bedeutet, dass aus dem Green IT Cube ein Reallabor geworden ist, in dem neue Ideen, Innovationen und Ansätze mit Startups, Unternehmen und Forschungsinstituten gemeinsam angegangen werden können. GSI/FAIR sind interessiert daran, diese neuen Lösungen im Green IT Cube zu implementieren. Mit dieser Strategie werden nicht nur neue Innovationen gefördert, sondern es wird auch die Möglichkeit geschaffen, den Green IT Cube mit diesen neuen Innovationen auszubauen. GSI/FAIR wollen Konzepte weiterentwickeln und optimieren, um Rechenzentren innovativer, effizienter und ressourcenschonender betreiben zu können. (CP)

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• Meldung der Vogel IT-Akademie zum Datacenter Strategy Summit 2022

Der Neubau des Helmholtz-Instituts Jena, einer Außenstelle des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt, wurde in unmittelbarer Nachbarschaft des bestehenden Institutsgebäudes auf dem Campus der Friedrich-Schiller-Universität (FSU) Jena errichtet. Auf mehreren Geschossen befinden sich nun zusätzliche Büro-, Seminar- und Laborflächen, welche für die gestiegene Zahl an Mitarbeitenden als auch für den Umfang von Labor- und Forschungsequipment nötig sind. Durch den viergeschossigen Neubau stehen nun rund 550 Quadratmeter mehr Nutzfläche zur Verfügung. In den beiden obersten Etagen stehen Büros und ein Seminarraum zur Verfügung, während sich in den beiden unteren Geschossen neben Technik und Versorgung größtenteils Forschungslabore befinden.  Das Untergeschoss schließt hier an das schon länger existierende Targetlabor an.

Die durch den Neubau zusätzlich verbesserte Infrastruktur ist ein Garant für die künftig am Helmholtz-Institut stattfindende Spitzenforschung, welche seit der Institutsgründung im Jahr 2009 betrieben wird. Das Forschungsprofil des Helmholtz-Instituts Jena ist geprägt von der Physik an der Schnittstelle zwischen konventioneller Beschleunigertechnik und dem sich schnell entwickelnden Feld der auf Lasern basierenden Teilchenbeschleunigung. Das Institut bietet herausragende Forschung im Bereich der Kopplung intensiver Photonenfelder und unterstützende Entwicklung von adäquater Instrumentierung. Hier profitiert das Institut von der engen Verbindung zur FSU und deren wissenschaftlicher Expertise, als auch zu der Großforschungseinrichtung GSI mit dem derzeit im Bau befindlichen internationalen Beschleunigerzentrum FAIR.

Rund 100 Mitarbeitende sowie assoziierte Forschende in zehn Arbeitsgruppen sind aktuell am Helmholtz-Institut Jena tätig. Hinzu kommt eine eigene Graduiertenschule („Research School of Advanced Photon Science“) mit rund 60 Doktorand*innen. Ganz oben steht neben der erfolgreichen Drittmitteleinwerbung besonders die regionale Vernetzung, welche der Standort Jena mit seiner Spezialisierung im Bereich Photonik und optischen Technologien mit sich bringt. Hier sind u. a. erfolgreiche Kollaborationen mit dem Fraunhofer-Institut für Optik und Feinmechanik und dem Leibniz-Institut für Photonische Technologien zu nennen.

Zu diesem Forschungsneubau war vom Thüringer Infrastrukturministerium ein Architektenwettbewerb ausgeschrieben worden. Als Sieger ging ein regionales Büro hervor: Die Jury wählte einstimmig den Entwurf des Büros „Osterwold°Schmidt EXP!ANDER Architekten“ aus Weimar, die die Planungen gemeinsam mit Impuls Landschaftsarchitektur Jena eingereicht hatten. Spatenstich für den Neubau, der in Hanglage auf einem landeseigenen Grundstück innerhalb des Universitätsstandorts unterhalb des Landgrafen errichtet wurde, war im Oktober 2019. Die 8,9 Mio. Euro Baukosten des Forschungsgebäudes wurden vollständig durch Landesmittel des Thüringer Ministeriums für Infrastruktur und Landwirtschaft finanziert. (HI Jena/CP)

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• Webseite des Helmholtz-Instituts Jena

Nach einführenden Informationen über das FAIR-Projekt, die Campusentwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und die aktuellen Experimente hatte die SPD-Politikerin die Gelegenheit bei einem Rundgang über den GSI-Campus die Forschungsanlagen zu besichtigen. Am Linearbeschleuniger UNILAC und dem Experimentierspeicherrings ESR gaben Wissenschaftler*innen Einblicke in die Funktionsweise der GSI-Beschleunigeranlage. Anschließend besuchten die Gäste den Behandlungsplatz für die Krebstherapie, das Großexperiment HADES, das energieeffiziente Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube sowie das Targetlabor und konnten mit Forschenden vor Ort ins Gespräch kommen.  

Einen Überblick über die Aktivitäten rund um FAIR erhielten die Gäste bei dem Besuch der Magnettestanlage für kryogene Magnete und einem Blick von der FAIR-Aussichtsplattform. Danach konnten die Gäste auf einer Rundfahrt über die FAIR-Baustelle die Baufortschritte aus nächster Nähe besichtigen Ein Highlight dabei war die Begehung des unterirdischen Beschleunigertunnels. Weitere Stationen auf der Bustour waren das zentrale Kreuzungsbauwerk, der Experimentierplatz CBM und die Gebäude für die Experimentierplätze von NUSTAR. Dr. Harald Hagelskamp, der Leiter der FAIR-Baustelle, führte die Politikerin über das Baufeld.

Ein offenes Gespräch und reger Austausch über die Aktivitäten des Betriebsrates mit Jan Regler, dem Betriebsratsvorsitzenden von GSI und FAIR, rundeten den insgesamt gut fünf Stunden dauernden der Besuch bei GSI und FAIR ab. (JL)

Karthein erhielt den Preis für die Anwendung einer speziellen Resonanztechnik zur hochgenauen Massenmessung kurzlebiger Nuklide, wobei relative Messunsicherheiten von 10^-9 erreicht werden konnten, und die Anwendung auf neutrinolosen doppelten Betazerfall sowie für die Suche nach neuen Anwendungen unter Nutzung radioaktiver Moleküle. Der Nachwuchspreis wird von GENCO jedes Jahr an herausragende Nachwuchsforschende vergeben, die auf dem Feld der experimentellen oder theoretischen Kernphysik oder -chemie arbeiten. Die Preisträger*innen werden von einer internationalen Jury ausgewählt. Der Preis ist mit 1.000 Euro dotiert und wird im Rahmen der NUSTAR-Jahrestagung verliehen.

Mit dem Membership Award zeichnete die GENCO Community Dr. Emma Haettner von GSI/FAIR für ihre entscheidenden Beiträge zur Verbesserung der Nutzung des Fragmentseparators FRS für Experimente und für die Entwicklung eines neuen medizinphysikalischen Programms zur Nutzung radioaktiver Strahlen für empfindlichere PET-Bildgebung aus. (CP)

Weitere Informationen:

• GENCO-Webseite

Die Leitung des externen Reviewteams lag bei dem experimentellen Teilchenphysiker Professor Rolf-Dieter Heuer, der sechs Jahre als Generaldirektor an der Spitze des Europäischen Kernforschungszentrums CERN stand, und dem Experimentalphysiker Professor Robert Tribble, stellvertretender Direktor für Wissenschaft und Technologie am Brookhaven National Laboratory, USA. Das Gremium war zusammengesetzt aus renommierten Fachleuten, die seit April 2022 in sorgfältiger, detailreicher Arbeit das Projekt begutachteten.

Die Expert*innengruppe hat das wissenschaftliche Programm von FAIR als überzeugend und in vielen Aspekten weltweit führend beurteilt. Es gibt laut Gutachten keine andere geplante oder im Bau befindliche Einrichtung, die das gesamte Programm der an FAIR geplanten Wissenschaft ebenfalls leisten kann. Auch bei Verzögerungen wird es an FAIR immer noch möglich sein, viele der offenen Fragen in der Kernphysik in Angriff zu nehmen.

Das Reviewteam empfiehlt, die Anlage stufenweise fertigzustellen und entsprechend schrittweise in Betrieb zu nehmen. Es erkennt auch an, dass aufgrund verschiedener unvorhersehbarer Entwicklungen unvermeidlich Mehrkosten entstehen, um die erfolgreiche Inbetriebnahme der ersten Anlagenteile erreichen zu können. Das FAIR-Council wird nun die nächsten Schritte unter Einbeziehung der Ergebnisse des Reviews sorgfältig beraten, einschließlich der Umsetzung einer vorgeschlagenen Kostenobergrenze für die Realisierung der ersten Stufe.

Der Wissenschaftliche Geschäftsführer, Professor Paolo Giubellino, sagte: „Ich bin hocherfreut, dass das wissenschaftliche Programm von FAIR erneut mit einer sehr positiven Einschätzung eines hochrangigen, internationalen Komitees honoriert worden ist. Wir sind den internationalen wissenschaftlichen Kollaborationen sehr dankbar für die herausragende Arbeit, die sie für das Ausarbeiten des wissenschaftlichen Programms von FAIR leisten.“

Das FAIR-Management sieht mit großer Zuversicht, basierend auf den Entscheidungen des FAIR-Council, den nächsten Realisierungsschritten entgegen, um die ersten wissenschaftlichen Experimente an FAIR so früh wie möglich in Betrieb zu nehmen. (red)

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Abschlussbericht der internationalen Expert*innengruppe (nur auf Englisch)

Neutronensterne sind Überbleibsel, die während eines Sternkollapses bei einer Supernova-Explosion entstehen. Sie verfügen über äußerst starke Gravitationsfelder, außergewöhnliche intensive Magnetfelder und bestehen aus Materie extrem hoher Dichte, was sie zu wichtigen natürlichen Laboratorien für die Grundlagenphysik macht. In Doppelsternsystemen aus zwei Neutronensternen kann es zu Verschmelzungen dieser extremen Objekte kommen: Die beiden hochdichten Sterne kollidieren mit circa 20% der Lichtgeschwindigkeit, was zu Temperaturen von mehreren 100 Milliarden Kelvin führt. Bei der Kollision werden beträchtliche Mengen an neutronenreicher Materie herausgeschleudert, in der sich schwere chemische Elemente wie Silber, Gold, Platin und viele mehr bilden. Die ausgestoßene Materie entwickelt sich zu einem Feuerball, der als sogenannte Kilonova sichtbar ist.

„Die Kilonova-Forschung entwickelt sich zu einem neuen Bereich der Astrophysik und bietet ein enormes Entdeckungspotenzial für das Verständnis der Entstehung insbesondere schwerer Elemente, der Physik exotischer schwerer Kerne und der Zustände heißer, ultradichter und exotischer Materie“, erläutert Bauswein seinen Forschungsschwerpunkt. „Die zunehmende Empfindlichkeit von Gravitationswellendetektoren, die auch eine bessere Himmelslokalisierung für Folgebeobachtungen ermöglichen, und die nächste Generation von Teleskopen lassen in den kommenden Jahren eine Fülle neuer Kilonova-Beobachtungen erwarten. Ich freue mich darauf, gemeinsam mit meinen Kolleg*innen im Rahmen des ERC Synergy Grants das Forschungsgebiet bestmöglich ausloten zu können.“

Das Forschungsprojekt HEAVYMETAL (How Neutron Star Mergers make Heavy Elements, dt. Wie Neutronensternverschmelzungen schwere Elemente herstellen) will einen großen Schritt zur Erklärung von Kilonova-Explosionen machen, indem es die Emission spektroskopisch zerlegt und sie quantitativ mit den physikalischen Eigenschaften der Neutronensternverschmelzung in Verbindung bringt. Auf diese Weise soll HEAVYMETAL den Ursprung der schweren Elemente erforschen und die nuklearen und astrophysikalischen Wege beschreiben, auf denen sie entstanden sind – den so genannten „r-Prozess“ der Elementsynthese. Das Forschungsteam wird versuchen, die Details der beobachteten Spektren zu entschlüsseln und diese Informationen zu nutzen, um einen noch nie dagewesenen Einblick in die physikalischen Prozesse der Neutronensternverschmelzung zu gewinnen.

HEAVYMETAL bringt Expert*innen aus verschiedenen Bereichen rund um die Kilonova-Forschung zusammen, die durch ihre Zusammenarbeit Synergien bei dem ehrgeizigen Ziel ausnutzen können, die Elemententstehung zu erklären: Bauswein und seine Gruppe bei GSI/FAIR können auf eine lange Erfolgsgeschichte bei der Verbindung hydrodynamischer Simulationen mit der Nukleosynthese des r-Prozesses, der Modellierung von Kilonovae und den Eigenschaften von Materie hoher Dichte zurückblicken. Bereits im Jahr 2017 gelang es Bauswein, einen ERC Starting Grant über 1,5 Millionen Euro mit seinem Projekt GreatMoves zur Simulation von Neutronensternverschmelzungen einzuwerben. Neben Bauswein gehören des Weiteren Professor Darach Watson, Universität von Kopenhagen, Dänemark, sowie Professor Padraig Dunne, University College Dublin, Irland, und Dr. Stuart Sim, Queen's Universität, Belfast, UK, zu dem mit dem ERC Synergy Grant geförderten Forschungsteam.

Watson war maßgeblich an der Gewinnung und Interpretation von Kilonova-Daten beteiligt und arbeitet seit zwei Jahrzehnten im Bereich der beobachtenden Astronomie. Dunne ist ein führender Experimentalphysiker auf dem Gebiet der Laserplasma-Spektroskopie und experimentiert insbesondere mit Laserplasmen schwerer Elemente. Sim ist Experte für die theoretische Modellierung von Strahlung in explosiven Umgebungen und für die Entwicklung von Codes, mit denen detailliert die Wechselwirkung von Strahlung mit Materie und der Photonentransport in schnell expandieren Materieausflüssen simuliert werden können.

„Wir sind sehr stolz, dass wir für dieses hochkarätige Forschungsprojekt die Unterstützung der Europäischen Union gewinnen konnten,“ sagt Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR. „In unserer Arbeit spielt die internationale und interdisziplinäre Zusammenarbeit von jeher eine große Rolle. Die Umsetzung vieler wissenschaftlicher Vorhaben ist ohne weltweite Kollaborationen und Nutzung von Synergien zwischen den Forschenden kaum vorstellbar. Dies fängt bei einzelnen Forschungsbereichen wie der Untersuchung der Kilonovae in diesem Zusammenschluss von Expert*innen an und setzt sich fort bei der Errichtung unserer zukünftigen Forschungsanlage FAIR, die in internationaler Zusammenarbeit von vielen Forschenden und Nationen entsteht.“ FAIR befindet sich zurzeit in Darmstadt im Bau und soll an die GSI-Beschleunigeranlage angeschlossen werden. An FAIR werden in Zukunft Materiezustände, wie sie im Inneren von Sternen, Sternexplosionen und Neutronensternverschmelzungen vorkommen, im Labor untersucht werden können, was eine direkte Verbindung zum HEAVYMETAL-Projekt bildet.

ERC Synergy Grants werden von der Europäischen Union an Forschungsgruppen von zwei bis maximal vier Wissenschaftler*innen in beliebigen Forschungsgebieten und ausschließlich auf der Basis wissenschaftlicher Exzellenz vergeben. Entscheidend für die Vergabe ist, dass die behandelte Forschung nicht von den einzelnen Forschenden alleine, sondern nur durch die gemeinsame Kooperation durchführbar ist. (CP)

Weitere Informationen

• ERC Starting Grant „GreatMoves“ von Andreas Bauswein
• Pressemitteilung zu Synergy Grants des ERC
• Pressemitteilung zur Kilonova-Entdeckung

Dr. Harald Hagelskamp, Leiter der FAIR-Baustelle, Emmanuel Rosi, Leiter des Projekt Management Office FAIR Project, und Dr. Ingo Peter begleiteten den Gast anschließend zur Magnettestanlage und zur FAIR-Aussichtsplattform. Bei einer Bustour erhielt er einen Überblick über das gesamte FAIR-Baufeld und die Aktivitäten im nördlichen und südlichen Baubereich. Bei der Begehung des unterirdischen SIS100-Beschleunigertunnels und des CBM-Experiments, die beide im Rohbau fertig gestellt sind, sowie des Transfergebäudes, das den zentralen Knotenpunkt der Anlagenstrahlführung bildet, und des NUSTAR-Experiments konnten die Gäste einen unmittelbaren Eindruck vom Fortschritt der Bauarbeiten gewinnen.

Anschließend hatte Dr. Holger Becker in einer Videokonferenz mit Prof. Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, und Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, sowie Dr. Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer von GSI und FAIR, Gelegenheit für einen ausführlichen Austausch über aktuelle und zukünftige Vorhaben des FAIR-Projekts sowie bei GSI. (LW)
 

In seiner Promotionsarbeit mit dem Titel „Application of pulsed UV laser systems for cooling of high-relativistic ion beams and laser spectroscopy of Be-like krypton ions” (dt. Anwendung von gepulsten UV-Lasersystemen für die Kühlung von hochrelativistischen Schwerionenstrahlen und Laserspektroskopie von Be-ähnlichen Kryptonionen) konzentrierte sich Dr. Sebastian Klammes auf seine Forschung zur Ionenstrahlkühlung an Teilchenbeschleunigeranlagen. Die Ionenstrahlkühlung mithilfe von Lasern ist eine unverzichtbare Technik zur Erzeugung hochwertiger Ionenstrahlen mit schmaler Geschwindigkeitsverteilung und insbesondere für den Ringbeschleuniger SIS100 der internationalen Beschleunigeranlage FAIR von herausragender Bedeutung. Für seine Forschung zur Laserkühlung von hochenergetischen und intensiven Ionenstrahlen diente der ESR-Speicherring als Pilot- und Testanlage .

Klammes konnte in seiner Arbeit mithilfe eines gepulsten UV-Lasersystems die breitbandige Laserkühlung von relativistischen und gebündelten Kohlenstoffionen (C³⁺) erfolgreich demonstrieren. Das Lasersystem wurde zu einer transportablen Version umgebaut und mit einem modernen Datenerfassungssystem versehen. Zur präzisen Überprüfung theoretischer Modelle zur Beschreibung der Atomstruktur komplexer Vielelektronensysteme wurden Laserspektroskopieexperimente an Beryllium-artigem Krypton (Kr³²⁺; Kryptonatom mit vier Elektronen) am ESR durchgeführt. Zum Umfang der Arbeit gehörte des Weiteren die Mitarbeit an der Laserkühlung von Sauerstoffionen (O⁵⁺) am Speicherring CSRe in Lanzhou, China.

Der SPARC PhD Award wird seit 2018 jährlich verliehen und ist mit einem Preisgeld von 300 Euro verbunden. Mit dem Preis wird die beste Promotionsarbeit innerhalb der Kollaboration bezüglich der Atomphysik mit Schwerionen an den Forschungsanlagen von GSI und FAIR ausgezeichnet. SPARC steht für Stored Particles Atomic Physics Research Collaboration (dt. Forschungskollaboration für die Atomphysik mit gespeicherten Teilchen). Aktuell gehören über 400 Mitglieder aus 26 Ländern der Kollaboration an. Sie experimentieren mit den bestehenden atomphysikalischen Anlagen bei GSI und bereiten neue Experimente und Aufbauten am zukünftigen FAIR-Beschleuniger vor. (CP)

Weitere Informationen

• Webseite der SPARC-Kollaboration

GSI/FAIR zeigen sich dabei als starker Innovationspartner für Start-ups im Darmstädter Transfer-Ökosystem. GSI als traditionsreiche Bestandseinrichtung mit dem internationalen Mega-Bauprojekt FAIR als zusätzlichem Innovationstreiber verfügen gemeinsam über ein umfangreiches Portfolio an geistigem Eigentum (IP), Know-how und technischer Problemlösungskompetenz, das eine optimale wirtschaftliche Verwertung für verschiedene Anwendungen der jeweiligen Innovationen ermöglicht.

Der Zugang zu diesem breiten Portfolio für die industrielle Nutzung soll nicht nur durch IP-Lizenz- und Übertragungsvereinbarungen und gemeinsame F&E-Pojekte, sondern auch über den Weg der Ausgründungen erfolgen. Ziel ist die Förderung der Gründung von Start-ups oder Spin-Off-Firmen, deren Aktivitäten ganz oder teilweise auf GSI/FAIR-Wissen und -Technologien beruhen. Die Stabsstelle Technologietransfer unterstützt dabei sowohl GSI/FAIR-Mitarbeitende als auch Externe, die ein solches Unternehmen aufbauen wollen.

Auf dem Ausstellungsstand präsentieren GSI/FAIR Technologien, Kompetenzen und Kooperationsangebote aus den Bereichen Energieeffizienz, Materialforschung, Elektronik und IT/Software, so beispielsweise auch das Angebot an Start-ups, das Reallabors „Digital Open Lab“ für F&E-Projekte im Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube zu nutzen. GSI/FAIR haben mit dem Green IT Cube ein sehr energieeffizientes und nachhaltiges Rechenzentrum, dessen Technologie auf der Kaltwasserkühlung der Computerschränke (sogenannte Racks) und der Weiterverwendung der abgeführten Wärme basiert. Interessierte Partner können im Rahmen des Digital Open Lab ihre Rechnersysteme in die Racks einsetzen und sie für die Entwicklung, Erprobung und das Upscaling von energieeffizienten Hochleistungsrechnern bis zum Maßstab industrieller Demonstratoren auf dem Campus entwickeln.

Auf dem Start-up & Innovation Day treffen Founderspirit und Innovationsgeist auf Wirtschaft, Wissenschaft und Politik. Auf der Messe stellen sich einen ganzen Tag lang Innovationsprojekte und (Tech)Start-ups vor, von ersten Ideen oder frühen Innovationen bis hin zu wissens-und technologiebasierten Gründungen, die bereits einen erfolgreichen Markteintritt geschafft haben. Auch sind zahlreiche Netzwerkpartner und Gründungsunterstützende Organisationen aus der Gründerszene des Rhein-Main-Gebiets mit Ständen vor Ort und zeigen die enorme Innovationskraft der Region.

Interessierte können die Veranstaltung kostenfrei besuchen. Tickets sind bei den Organisatoren der Technischen Universität Darmstadt zu bekommen. (CP)

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• Technologietransfer GSI/FAIR
• Innovation & Start-up Day
• GSI/FAIR als Aussteller

Schweres Quarkonium ist ein nicht-relativistisches System aus einem schweren Quark und einem schweren Antiquark, das die Grundlage für die Entwicklung der Quantenphysik mit starker Wechselwirkung, der so genannten Quantenchromodynamik, darstellt. Es weist ein Muster getrennter Energieskalen auf, das es als besondere Sonde für komplexe Umgebungen qualifiziert, und spielt daher eine wichtige Rolle an der Grenze unseres Wissens von der Teilchen- zur Kernphysik und zur Kosmologie. Es ist jedoch schwierig, es theoretisch zu untersuchen, daher werden auf diesem Gebiet ständig hochmoderne Werkzeuge und Techniken entwickelt.

In den letzten Jahrzehnten gab es auf diesem Gebiet eine Fülle überraschender Entdeckungen, die unsere Wahrnehmung von der Vielfalt der in der Natur existierenden Zustände erheblich erweitert haben. Tetraquarks, Pentaquarks, Hadromoleküle und doppelt schwere Baryonen sind die neuesten Mitglieder des Teilchenzoos, und die Untersuchung dieser Zustände wird uns zu einem tieferen Verständnis der starken Wechselwirkungen verhelfen.

Mitglieder aller Collider-Experimente waren anwesend, vom Large Hadron Collider am CERN bis hin zur Beauty Factory in Japan und der Tau-Charm-Fabrik in China, und lieferten eine innovative und unkonventionelle Schnittstelle von neuen Ideen, neuen Daten, neuen Theorien und Aussichten für neue Experimente.

Die QWG hat sich aufgrund der Anerkennung, Unterstützung und Erwartung der bevorstehenden FAIR-Anlage für die Ausrichtung des Treffens bei GSI/FAIR entschieden. Das zukünftige PANDA-Experiment (antiProton ANnihilation at Darmstadt) an FAIR wird ein breites physikalisches Programm bieten, das verschiedene Aspekte der starken Wechselwirkung abdeckt und eine Schlüsselrolle für die Quarkonium-Physik spielen wird.

Die Tagung trägt wesentlich zur Vorbereitung des PANDA-Experiments bei, welches in einem sehr internationalen Rahmen entsteht und vergleichbar mit Hochenergiephysik-Experimenten ist. Die Ergebnisse auf diesem Gebiet werden sich auf die Fähigkeit auswirken, Präzisionsphysik zu betreiben und stark wechselwirkende Systeme zu kontrollieren. Diese neuen Werkzeuge werden für eine breitere Gemeinschaft von Nutzen sein. (CP)

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• Webseite der QWG

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. Die Rahmenvereinbarung über die strategische Zusammenarbeit beider Institutionen hat zum Ziel die Forschung und die Entwicklung für den Teilchenbeschleuniger FAIR zu stärken. Ein Fokus liegt dabei auf der Beschleuniger- und Schwerionenphysik sowie der „grünen“ IT-Technologie, die als konkrete Forschungsgebiete im Vertrag verankert sind. 

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 Professor*innen etwa in der theoretischen Physik und der Beschleunigerphysik, außerdem zahlreiche Kooperationsprojekte, zum Beispiel die Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR (HFHF), ein 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 von GSI, ein besonders energieeffizientes Hochleistungsrechenzentrum, geht auf eine Entwicklung von Wissenschaftler*innen der Goethe-Universität und GSI zurück.

Professor Enrico Schleiff, Präsident der Goethe-Universität Frankfurt, erläutert: „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 Wissenschaftler*innen an Teilchenbeschleunigern, um die Materie in extremen astrophysikalischen Objekten wie Neutronensternen zu verstehen und mit theoretischen Modellen zu beschreiben. 

Präsident Schleiff ist überzeugt: „Mit 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 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.“ 

Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, 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.“ (JL)

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Pressemitteilung der Goethe-Universität

Ein internationales Team am Helmholtz-Institut Mainz (HIM), einer Außenstelle des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Kooperation mit der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), hat für wichtige Fortschritte auf dem Gebiet der Magnetresonanztomografie (MRT) den „Erwin-Schrödinger-Preis – Wissenschaftspreis des Stifterverbandes“ des Jahres 2021 erhalten. Die Preisverleihung fand im Rahmen der Helmholtz-Jahrestagung in Berlin statt. "Der Wissenschaftspreis des Stifterverbandes prämiert wissenschaftlich oder technisch innovative Leistungen, die in Grenzgebieten zwischen verschiedenen Fächern der Medizin, Natur- und Ingenieurwissenschaften erzielt worden sind. Diese Neugier und der Wille, sich über Grenzen hinweg zusammen zu tun, zeichnen auch unsere heutigen Preisträgerinnen und Preisträger aus", sagte Professor Michael Kaschke, Präsident des Stifterverbandes, in der Laudatio. Die Preisverleihung hätte ursprünglich im Dezember 2021 stattfinden sollen, wurde jedoch wegen der Coronasituation verschoben.

Auch Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, freute sich über die Preisverleihung: „Das Helmholtz-Institut Mainz bietet den Forschenden in dieser interdisziplinären Kooperation ein Umfeld, um Spitzenleistungen zu ermöglichen. Die Ergebnisse dieses hervorragenden Forschungsteams zeigen die übergeordnete Bedeutung enger weltweiter Vernetzung in der Wissenschaftsgemeinschaft. Ich bin daher hocherfreut und stolz, dass diese großartige wissenschaftliche Leistung mit dem Erwin-Schrödinger-Preis geehrt wurde.“

Die Gruppe um Professor Dmitry Budker, Professor für Experimentelle Atomphysik an der JGU und Sektionsleiter am HIM, entwickelte eine Technik, mit der die hyperpolarisierte Magnetresonanztomografie verbessert werden kann. Die neue Technik zur Beobachtung von Stoffwechselprozessen im Körper verspricht wesentlich günstiger und einfacher zu sein als bisherige Verfahren. Die MRT oder Kernspintomografie hat sich in den vergangenen Jahrzehnten zu einer Standardmethode für medizinische Untersuchungen entwickelt. Mit ihr lassen sich Weichteile des Körpers wie das Gehirn, Bandscheiben oder auch die Bildung von Tumoren untersuchen.

Die Auszeichnung mit dem Erwin-Schrödinger-Preis 2021 ging im Einzelnen an Dmitry Budker (Physiker, HIM), James Eills (Chemiker, HIM), John Blanchard (Chemiker, HIM), Danila Barskiy (Physikochemiker, HIM), Kerstin Münnemann (Chemikerin, Universität Kaiserslautern), Francesca Reineri (Chemikerin, Universität Turin), Eleonora Cavallari (Pharmazeutische und Biomolekularwissenschaftlerin, Universität Turin), Silvio Aime (Biowissenschaftler, Universität Turin), Gerd Buntkowsky (Physikochemiker, TU Darmstadt), Stephan Knecht (Physiker, TU Darmstadt), Malcolm H. Levitt (Chemiker, Universität Southampton) und Laurynas Dagys (Chemiker, Universität Southampton). Der Preis ist mit insgesamt 50.000 Euro dotiert.

Das Helmholtz-Institut Mainz wurde 2009 durch GSI und die JGU gegründet, um die langjährige Kooperation der beiden Institutionen weiter zu stärken. An seinem Standort in Mainz befasst sich das HIM mit Fragen zur Struktur, Symmetrie und Stabilität von Materie und Antimaterie in experimentellen und theoretischen Untersuchungen. Die Grundfinanzierung erfolgt durch den Bund und das Land Rheinland-Pfalz. Die JGU unterstützt das HIM durch die Bereitstellung von Infrastruktur. (CP)

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• Pressemitteilung der JGU

Das Big Science Business Forum 2022 ist die zweite Ausgabe der zentralen Anlaufstelle für europäische Unternehmen und andere Interessengruppen, um sich über die künftigen Investitionen und Beschaffungen der europäischen Big-Science-Organisationen im Wert von 37 Milliarden Euro zu informieren. Dem Erfolg des ersten BSBF folgend, das 2018 in Kopenhagen stattfand, wird das Forum den Unternehmen erneut die Möglichkeit bieten, sich über die Geschäftsmöglichkeiten der kommenden Jahre in einer Vielzahl von Geschäftsbereichen und Technologien zu informieren.

Drei der Vorschläge für den Technologietransfer von GSI/FAIR wurden für die dedizierte Technologietransfer-Session akzeptiert und wir sehen der Kontaktaufnahme interessierter Partner entgegen, um uns bei der Realisierung des enormen Potentials zu unterstützen:

• Ionenspurmembranen,
• RoSEN-Tool für multidimensionale Datasets,  
• Digital Open Lab.

BSBF2022 bietet die Möglichkeit, Vertreter der europäischen Big Science-Organisationen (wie FAIR) und ihre wichtigsten Lieferanten und Technologieexperten zu treffen, sich zu vernetzen und langfristige Partnerschaften aufzubauen, ihr Fachwissen und ihr Potenzial für den Big Science-Markt durch die Teilnahme an der offenen Ausstellungsfläche zu präsentieren und einen Einblick zu erhalten, wie Unternehmen mit dem Big-Science-Markt interagieren können. (CP)

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• Webseite des Big Science Business Forums 2022

Jedes Jahr bietet das Summer Student Program einen Einblick in die Forschung an einem Teilchenbeschleuniger. „Das Programm hat meine Erwartungen weit übertroffen“, sagte Julia Świątkowska, Teilnehmerin aus Warschau, am Ende des achtwöchigen Programms. „Die Menschen waren fantastisch, die Projekte und zusätzlichen Aktivitäten unglaublich interessant. Insgesamt hat die Erfahrung bei GSI meinen Geist für eine ganz neue Welt der Wissenschaft geöffnet."

Alle Sommerstudierenden arbeiteten in dieser Zeit bei einer Forschungsgruppe an einem kleinen eigenen wissenschaftlichen oder technischen Projekt aus dem laufenden Forschungsbetrieb. Die Thematik reichte dabei von der Atomphysik über Materialwissenschaften bis hin zur Kern- und Astrophysik. Entwicklungen und Tests von technischen und experimentellen Komponenten für die FAIR-Beschleunigeranlage, die gerade bei GSI gebaut wird, und deren zukünftige Experimente, standen dabei im Mittelpunkt. „Das Programm war eine unglaubliche Erfahrung, sowohl in Bezug auf das, was ich gelernt habe, als auch auf das, was ich mit Menschen erlebt habe, die ich immer als meine Freunde betrachten werde," sagte Pablo Garcia Gil aus Vigo, Spanien.

Viele der internationalen Studierenden kommen nach dem Summer Student Program für eine Master- oder Doktorarbeit bei GSI und FAIR zurück nach Darmstadt. Bereits zum 40. Mal fand das Summer Student Program statt, das in Zusammenarbeit mit der Doktorandenschule HGS-HIRe organisiert wird. Neben wissenschaftlichen Veranstaltungen standen eine Stadtralley, Sportangebote des GSI-Betriebssports und selbstorganisierte Unternehmungen in der Region auf dem Programm. In begleitenden Vorlesungen wurden das breite Forschungsspektrum von GSI und FAIR und die dabei erzielten wissenschaftlichen Resultate vorgestellt. (LW)

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Fotowettbewerb der Summer Students
 

Bei GSI wurden von 1981 bis 1996 sechs neue Elemente entdeckt. Ein Teil der Forschungsinstrumente, die diese Entdeckungen ermöglicht haben, sind nun auf der Museumsinsel in München öffentlich ausgestellt.

Um ein neues Element zu erzeugen, werden zwei Elemente verwendet, die auf der Erde natürlicherweise vorkommen. Das Element 110, Darmstadtium, wurde zum Beispiel durch die Verschmelzung von Nickel (Element 28) und Blei (Element 82) erzeugt (28+82=110). Hierfür werden bei GSI Ionen mit einem Teilchenbeschleuniger auf etwa 10 % der Lichtgeschwindigkeit gebracht und dann auf dünne Folien in einem Targetrad geschossen. Durch die hohe Geschwindigkeit wird die enorme Abstoßung der beiden Atomkerne überwunden und sie können zu einem neuen Element verschmelzen. Ein solches Targetrad ist nun im Deutschen Museum zu sehen, ebenso wie einer der Detektoren, der am sogenannten Geschwindigkeitsfilter SHIP (Separator for Heavy Ion reaction Products) bei GSI jahrelang im Einsatz war. Mit einer Kombination von sehr starken elektrischen und magnetischen Feldern trennte SHIP die durchs Vakuum fliegenden, elektrisch geladenen Reaktionsprodukte aufgrund ihrer unterschiedlichen Geschwindigkeit von den Projektilen (hier Nickel) ab. Nach der Trennung wurden die neuen Elemente in einem Halbleiter-Detektor aus Silizium, wie er jetzt ausgestellt ist, gestoppt und durch die Messung ihrer charakteristischen Alpha-Strahlung identifiziert. Auf diese Weise wurden die sechs neuen Elemente Bohrium (107), Hassium (108), Meitnerium (109), Darmstadtium (110), Roentgenium (111), Copernicium (112) entdeckt. (LW)

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Atomphysik-Ausstellung im Deutschen Museum

Am GSI- und FAIR-Stand auf dem Neupfarrplatz locken zwei Spiele das Publikum an: Groß und Klein können selbst ausprobieren, wie ein Teilchenbeschleuniger funktioniert und wie man den Aufbau der Materie untersuchen kann, um so mehr über eines der größten Bauprojekte für die Grundlagenforschung zu erfahren. Wer nicht vor Ort in Regensburg sein kann, kann trotzdem teilnehmen: Die Ausstellung ist an drei Tagen per Live-Stream auf YouTube zu besuchen. Am Dienstag, dem 20. September, ist auch der Stand von GSI und FAIR dabei.

Den Auftakt zu dem einwöchigen Physik-Spektakel macht am 19. September die große Highlights-Show in der Donau-Arena mit Wissenschaft und Unterhaltung für die ganze Familie – mit atemberaubenden Experimenten, vorgeführt von hochkarätigen Gästen wie Harald Lesch. Den Abschluss der Veranstaltungswoche bildet ein besonderer Abendvortrag, in dem der Communicator-Preisträger Professor Metin Tolan der Frage nachgeht, ob Szenen aus James-Bond-Filmen überhaupt physikalisch möglich sind.

Veranstaltet werden die „Highlights der Physik“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) und der Universität Regensburg. Die „Highlights der Physik“ wurden 2001 vom BMBF und der DPG ins Leben gerufen. In den vergangenen Jahren lockten sie bis zu 60.000 Besucher*innen an.

Zu allen Angeboten ist der Eintritt frei. Für die große „Highlights-Show“ in der Donau-Arena, „James Bond im Visier der Musik“ im Audimax der Universität Regensburg und für alle Vorträge sind kostenlose Einlasskarten erforderlich. Die Tickets sind unter highlights-physik.de/tickets erhältlich.
Viele Inhalte der „Highlights der Physik“ werden zusätzlich zum Besuch vor Ort auch online im Live-Stream und im Anschluss „on-demand“ zu sehen sein. (KG/BP)

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• Webseite der Highlights der Physik

Einem internationalen Forschungsteam ist es gelungen, an den Beschleunigeranlagen des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt neue Erkenntnisse über die chemischen Eigenschaften des superschweren Elements Flerovium – Element 114 – zu gewinnen. Die Messungen zeigen, dass es sich bei Flerovium um das flüchtigste Metall im Periodensystem handelt. Flerovium ist damit das schwerste Element des Periodensystems, das chemisch untersucht ist. Mit den Ergebnissen, die im Fachmagazin „Frontiers in Chemistry“ veröffentlicht sind, bestätigt GSI seine Führungsposition bei der Untersuchung der Chemie der superschweren Elemente und öffnet neue Perspektiven für die internationale Anlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), die sich aktuell im Bau befindet.

Unter Federführung von Gruppen aus Darmstadt und Mainz wurden mithilfe der Beschleunigeranlagen von GSI/FAIR die beiden langlebigsten aktuell bekannten Flerovium-Isotope Flerovium-288 und Flerovium-289 erzeugt und am Experimentaufbau TASCA chemisch untersucht. Im Periodensystem steht Flerovium unterhalb des Schwermetalls Blei. Frühe Vorhersagen hatten aber postuliert, dass relativistische Effekte der hohen Ladung im Kern des superschweren Elements auf dessen Valenzelektronen zu einem edelgasähnlichen Verhalten führen, während neuere eher ein schwach metallisches Verhalten erwarten ließen. Zwei zuvor durchgeführte Chemieexperimente, eines davon 2009 bei GSI in Darmstadt, führten zu widersprüchlichen Interpretationen. Während aus den im ersten Experiment beobachteten drei Atomen auf ein edelgasähnliches Verhalten geschlossen wurde, deuteten die bei GSI gewonnenen Daten anhand von zwei Atomen auf metallischen Charakter. Die beiden Experimente waren nicht in der Lage, den Charakter zweifelsfrei festzulegen. Die neuen Ergebnisse zeigen, dass Flerovium wie erwartet reaktionsträge, aber bei geeigneten Bedingungen in der Lage ist, stärkere chemische Bindungen als Edelgase zu bilden. Flerovium ist folglich das flüchtigste Metall im Periodensystem.

Flerovium ist somit das schwerste chemische Element, dessen Charakter experimentell untersucht ist. Mit der Bestimmung der chemischen Eigenschaften bestätigen GSI/FAIR ihre führende Position in der Erforschung der superschweren Elemente. „Die Erforschung der Grenzen des Periodensystems stellen seit Beginn bei GSI und künftig auch bei FAIR einen Pfeiler des Forschungsprogramms dar. Dass anhand einiger weniger Atome bereits erste grundlegende chemische Eigenschaften erforscht werden können und damit einen Hinweis geben, wie sich größere Mengen dieser Substanzen verhalten würden, ist faszinierend und der leistungsfähigen Beschleunigeranlage sowie der Expertise der weltweiten Kollaboration zu verdanken“, führt Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, aus. „Mit FAIR holen wir das Universum ins Labor und untersuchen die Grenzen der Materie, auch der chemischen Elemente.“

Sechs Wochen Experimentierbetrieb

Die bei GSI/FAIR durchgeführten Experimente zur Klärung des chemischen Charakters von Flerovium dauerten insgesamt sechs Wochen. Dazu wurden jede Sekunde vier Billionen Calcium-48-Ionen vom GSI-Linearbeschleuniger UNILAC auf zehn Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und auf ein Target mit Plutonium-244 geschossen, was zur Bildung von einigen wenigen Flerovium-Atomen pro Tag führte.

Die gebildeten Flerovium-Atome schossen aus dem Target in den gasgefüllten Rückstoß-Separator TASCA. In dessen Magnetfeld wurden die gebildeten Isotope Flerovium-288 und Flerovium-289, welche Lebensdauern im Bereich einer Sekunde aufweisen, vom intensiven Calcium-Ionenstrahl und von Nebenprodukten der Kernreaktion abgetrennt, durch eine dünne Folie in die Chemieapparatur gelenkt und in einer Helium/Argon-Gasmischung abgestoppt. Die Gasmischung transportierte die Atome in die Gaschromatographieapparatur COMPACT, in welcher sie zuerst mit Quarzoberflächen in Kontakt kamen. Sofern die Bindung an Quarz zu schwach war, wurden die Atome über Goldoberflächen weitertransportiert – erst solche, die auf Raumtemperatur gehalten waren, und danach über immer kältere bis etwa -160 °C. Die Oberflächen waren als dünne Beschichtung auf speziellen Kernstrahlungsdetektoren aufgebracht. Der Nachweis der einzelnen Atome erfolgte über die ortsaufgelöste Detektion des radioaktiven Zerfalls. Da die Zerfallsprodukte selbst nach kurzer Lebensdauer radioaktiv zerfallen, hinterlässt jedes Atom eine charakteristische Signatur von mehreren Ereignissen, aus welcher zweifelsfrei auf das Vorhandensein eines Flerovium-Atoms geschlossen werden kann.

Ein Atom pro Woche für die Chemie

„Dank der Kombination des TASCA-Separators, der chemischen Separation und der Detektion der radioaktiven Zerfälle sowie der technischen Weiterentwicklung der Gaschromatographieapparatur seit dem ersten Experiment ist es gelungen, die Effizienz zu erhöhen und die für die chemische Trennung notwendige Zeit soweit zu verringern, dass wir jede Woche ein Flerovium-Atom beobachten konnten“, erläutert Dr. Alexander Yakushev von GSI/FAIR, der Sprecher der internationalen Experimentkollaboration.

In der Datenanalyse wurden sechs solche Zerfallsketten gefunden. Da der Aufbau demjenigen aus dem ersten GSI-Experiment ähnelt, konnten die neu gewonnenen Daten mit den zwei damals beobachteten Atomen vereint und gemeinsam analysiert werden. Keine der Zerfallsketten erschien im Bereich des quarzbeschichteten Detektors, was darauf deutet, dass Flerovium keine substantielle Bindung mit Quarz eingeht. Stattdessen wurden alle innerhalb von weniger als einer Zehntelsekunde mit dem Gas in den goldbeschichteten Teil der Apparatur transportiert. Die acht Ereignisse bilden zwei Zonen: eine erste im Bereich der Goldoberfläche bei Raumtemperatur, und eine zweite im späteren Teil des Chromatographen, bei so tiefen Temperaturen, dass eine ganz dünne Eisschicht das Gold bedeckte, so dass die Adsorption auf Eis erfolgte.

Aus Experimenten mit Blei-, Quecksilber- und Radonatomen, welche als Vertreter der Schwermetalle, der schwach reaktiven Metalle sowie der Edelgase dienten, war bekannt, dass Blei mit Quarz eine starke Bindung eingeht, während Quecksilber den Golddetektor erreicht. Radon fliegt bei Raumtemperatur sogar über den ersten Teil des Golddetektors und wird erst bei den tiefsten Temperaturen teilweise festgehalten. Mit diesem Verhalten konnten die Flerovium-Ergebnisse verglichen werden.

Offensichtlich wurden zwei Arten der Wechselwirkung einer Flerovium-Spezies mit der Goldoberfläche beobachtet. Die Abscheidung auf Gold bei Raumtemperatur deutet auf die Ausbildung einer verhältnismäßig starken chemischen Bindung hin, wie sie bei Edelgasen nicht auftritt. Andererseits scheint ein Teil der Atome nie die Gelegenheit zur Bildung solcher Bindungen gehabt zu haben und wurde über lange Strecken der Goldoberfläche transportiert, bis zu den tiefsten Temperaturen. Dieser Detektorbereich stellt eine Falle für alle Elementarten dar. Dieses komplizierte Verhalten ist durch die Morphologie der Goldoberfläche erklärbar: Sie besteht aus kleinen Goldclustern, an deren Grenzen sehr reaktive Stellen auftreten, welche offenbar dem Flerovium eine Bindung ermöglichen. Dass ein Teil der Flerovium-Atome den kalten Bereich erreichen konnte, deutet darauf hin, dass nur die Atome, die auf solche Stellen trafen, eine Bindung eingingen, im Gegensatz zu Quecksilber, das auf jeden Fall auf Gold zurückgehalten wurde. Damit ist die chemische Reaktivität von Flerovium schwächer als diejenige des flüchtigen Metalls Quecksilber. Die aktuellen Daten können nicht vollständig ausschließen, dass die erste Abscheidezone auf Gold bei Raumtemperatur auf die Bildung von Flerovium-Molekülen zurückzuführen ist. Auch aus dieser Hypothese folgt, dass Flerovium chemisch reaktiver ist als ein Edelgaselement.

Internationale und interdisziplinäre Zusammenarbeit als Schlüssel zum Verständnis

Das exotische Plutonium-Targetmaterial zur Herstellung des Fleroviums wurde teilweise durch das Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), USA, zur Verfügung gestellt. Im Department Chemie am Standort TRIGA der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) wurde das Material elektrolytisch auf dünne, bei GSI/FAIR hergestellte Titanfolien abgeschieden. „Es ist weltweit nicht viel von diesem Material verfügbar, und wir haben das Glück, dass wir es für diese Experimente verwenden konnten, die sonst nicht möglich wären“, sagt Dr. Dawn Shaughnessy, Leiterin der Abteilung für Kern- und Chemische Wissenschaften bei LLNL. „Diese internationale Zusammenarbeit bringt Fähigkeiten und Fachwissen aus der ganzen Welt zusammen, um schwierige wissenschaftliche Probleme zu lösen und langjährige Fragen zu beantworten, wie beispielsweise die chemischen Eigenschaften von Flerovium.“

„Unser Beschleunigerexperiment wurde durch eine detaillierte Untersuchung der Detektoroberfläche in Zusammenarbeit mit mehreren GSI-Abteilungen sowie dem Department Chemie und dem Institut für Physik an der JGU ergänzt. Dies hat sich als Schlüssel zum Verständnis des chemischen Charakters von Flerovium erwiesen. Damit sind nun auch die Daten der beiden früheren Experimente verständlich und mit unseren neuen Schlussfolgerungen kompatibel“, sagt Christoph Düllmann, Professor für Kernchemie an der JGU und Leiter der Arbeitsgruppen bei GSI und am Helmholtz-Institut Mainz (HIM), einer Kooperation von GSI und JGU.

Wie sich die relativistischen Effekte auf seine Nachbarn, die ebenfalls erst in den letzten Jahren offiziell anerkannten Elemente Nihonium (Element 113) und Moscovium (Element 115) auswirken, ist Gegenstand nachfolgender Experimente. Dabei wurden im Rahmen des FAIR-Phase-0-Programms bei GSI bereits erste Daten gewonnen. Weiterhin erwarten die Forschenden, dass deutlich stabilere Flerovium-Isotope existieren, allerdings sind diese bisher nicht gefunden worden. Die Forschenden wissen nun allerdings schon, dass sie ein metallisches Element zu erwarten haben.

An dem Experiment waren neben GSI/FAIR und JGU auch das HIM, die Universität Liverpool (UK), die Universität Lund (Schweden), die Universität Jyväskyla (Finnland), die Universität Oslo (Norwegen), das Institut für Elektronentechnologie (Polen), das Lawrence Livermore National Lab (USA), das Saha Institute of Nuclear Physics und das Indian Institute of Technology Roorkee (Indien), die Joint Atomic Energy Agency und das Forschungszentrum RIKEN (Japan) sowie die Australische Nationalunversität (Australien) beteiligt. (CP)

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• Wissenschaftliche Veröffentlichung in Frontiers in Chemistry 10, 976635 (2022)
• Webseite der Superschweren-Elemente-Forschung

Die Erforschung kosmischer Strahlung und ihrer Auswirkungen auf Menschen, Elektronik und Material ist ein entscheidender Beitrag für eine zukunftsträchtige Raumfahrt, damit Astronaut*innen und Satelliten im Weltall den besten Schutz bei der Exploration unseres Sonnensystems erhalten. Sie trägt aber auch zu detaillierten Erkenntnissen über Risiken von Strahlenbelastungen auf der Erde bei. Die Einrichtung der Summer School ist ein direktes Ergebnis der engen Kooperation zwischen ESA und FAIR zur Erforschung kosmischer Strahlung: Seit vielen Jahren betreibt die ESA Weltraumstrahlungsforschung am GSI-Teilchenbeschleuniger in Darmstadt. Die bestehende Beschleunigeranlage von GSI ist die einzige in Europa, mit der alle in unserem Sonnensystem auftretenden Ionenstrahlen – vom Wasserstoff, dem leichtesten, bis zum Uran, dem schwersten – hergestellt werden können. Am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR werden noch höhere Energien für die Simulation kosmischer Strahlung zur Verfügung stehen und bahnbrechende neue Erkenntnisse ermöglichen.

Vor dem Hintergrund dieser zukunftsweisenden Forschungsmöglichkeiten können die Teilnehmenden der Summer School in einer einzigartigen Kombination aus Vortragsveranstaltungen und praktischen Workshops ihr Wissen rund um das Thema Strahlenforschung vertiefen. Die Summer School wird auf dem Gelände des ESA-Satellitenkontrollzentrums ESOC und auf dem GSI- und FAIR-Campus abgehalten. Ziel ist es, Studierende in der grundlegenden Schwerionen-Biophysik für Anwendungen sowohl auf der Erde als auch im Weltraum auszubilden. Die ESA-FAIR Radiation Summer School leistet damit wichtige Beiträge zur Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der biomedizinischen und biophysikalischen Anwendungen von Schwerionen in Europa. Schwerpunktthemen der zweiwöchigen Veranstaltung sind Weltraumforschungsaktivitäten bei der ESA, Physik der Weltraumstrahlung, Biologie der Weltraumstrahlung, angewandte Physik bei GSI/FAIR, Teilchenbeschleuniger und Partikeltherapie.

Das wissenschaftlich hochkarätige Programm, eröffnet von Dr. Dr. Jennifer Ngo-Anh vom ESA-Direktorat für astronautische und robotische Weltraumexploration und Professor Marco Durante, Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, beinhaltet unter anderem Vorträge von Expert*innen wie dem ehemaligen Astronauten Thomas Reiter und dem früheren ESA-Generaldirektor Johann-Dietrich Wörner, Besichtigungen von Einrichtungen in Darmstadt und praktische Schulungen und Forschungsmöglichkeiten bei GSI/FAIR. Bei der ESA-FAIR Radiation Summer School werden die Teilnehmenden auch schriftliche Prüfungen ablegen und Teamarbeiten durchführen, die von den Dozenten evaluiert und bewertet werden. (BP)

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ESA-FAIR Radiation Summer School

Mit den zukünftigen Anforderungen für FAIR wird sich die Betriebsweise des SIS18 grundsätzlich vom bisherigen Betrieb zur Belieferung von Experimenten unterscheiden: Um die geplanten höchsten Intensitäten im fünfmal längeren SIS100 zu erzielen, muss das SIS18 innerhalb einer Sekunde viermal den Ionenstrahl beschleunigen und extrahieren. Daraus ergibt sich eine Wiederholrate von 2,7 Hertz. Das ist deutlich größer als die im Experimentbetrieb bisher übliche Rate von maximal 1 Hertz. Der Betrieb mit den für FAIR vorgesehenen schweren Ionen mit niedrigen Ladungszuständen (nur mit ihnen kann man höchste Intensitäten erreichen) erhöht dabei die Anforderungen an die Geräte zusätzlich.

Um den Booster-Betrieb zu ermöglichen, der bisher zur Bedienung des laufenden Experimentierprogrammes bei GSI nicht erforderlich war, wurden in den vergangenen 15 Jahren verschiedene technische Veränderungen im Rahmen eines umfangreichen Upgrade-Programms vorgenommen. Dabei wurde insbesondere die Leistungsfähigkeit der Hauptstromversorgungen und der Hochfrequenz-Beschleunigungssysteme verbessert, um die für den Booster-Betrieb notwendige Verkürzung des Beschleunigungszyklus zu erreichen.

Die Realisierung der hohen Anstiegsrate des Magnetfeldes in den Umlenkmagneten des SIS18 von zehn Tesla pro Sekunde ist sehr anspruchsvoll, weil dafür der Magnetstrom mit einer Rate von 19 000 Ampere pro Sekunde auf einen Maximalstrom von 3500 Ampere gebracht werden muss. Dabei darf der durch das Netzgerät erzeugte Strom vom vorgegebenen Verlauf zu jedem Zeitpunkt nicht mehr als 0,01 Prozent abweichen. Diese Anforderungen lassen sich nur durch spezielle Netzgeräte mit herausragenden Regeleigenschaften erfüllen. Die Hochfrequenzanlagen des SIS18 wiederum wurden um eine Gruppe von breitbandigen MA-Kavitäten erweitert, die zusammen eine Beschleunigungsspannung von 40 Kilovolt im Frequenzbereich von 0,4 bis 1,6 Megahertz zur Verfügung stellen. Erst mit diesen Kavitäten kann die Energie niedrig geladener Schwerionen pro Umlauf ausreichend erhöht werden, um der schnellen Magnetrampe zu folgen.

Nimmt man alle Geräte zusammen, erreicht das SIS18 im Booster-Betrieb Pulsleistungen im Bereich von 50 Megawatt. Die Besonderheit des SIS18 ist dabei, dass es im Unterschied zu anderen sehr schnell gepulsten Synchrotrons nicht als Teil eines Schwingkreises aufgebaut ist und dadurch mit einer festen Wiederholfrequenz immer gleiche Pulse liefert. Vielmehr bietet es die Flexibilität, die Einstellungen aller Geräte zur Bedienung der verschiedenen Experimente von Zyklus zu Zyklus zu ändern.

Neben den technischen Anforderungen an die Geräte des SIS18 bringt der Booster-Betrieb aufgrund seiner hohen Wiederholrate auch neue Herausforderungen für die Systeme zur zeitlichen Ablaufsteuerung mit sich. So muss sichergestellt werden, dass die vier Injektionen aus dem Linearbeschleuniger UNILAC genau dann erfolgen, wenn das SIS18 für die Injektion bereit ist, ohne wie im Normalbetrieb an dieser Stelle warten zu müssen. Um den Booster-Betrieb zu demonstrieren, wurden die Steuerungssysteme daher so angepasst, dass die Injektionen mit einem bekannten Verfahren durchgeführt werden konnten, welches bisher bei der sogenannten „Multi-Multiturn-Injektion“ zum Einsatz kam. Mit diesem Zwischenschritt konnte erstmalig ein U²⁸⁺-Strahl mit einer Wiederholrate von 2,3 Hertz beschleunigt und extrahiert werden.

Nach dieser ersten erfolgreichen Booster-Demonstration sind im nächsten Schritt für die routinemäßige Realisierung des Booster-Betriebes noch weitere umfangreiche Entwicklungen im Kontrollsystem für FAIR erforderlich. Insbesondere muss das Timing-System für den UNILAC erneuert werden, um den unabhängigen Parallelbetrieb des UNILAC mit denjenigen Randbedingungen zu vereinen, die sich durch die Synchronisierung mit dem SIS18 im Booster-Betrieb ergeben. (BP)

Auf einer Tour über den GSI/FAIR-Campus nahmen die Gäste im Anschluss auf der FAIR-Aussichtsplattform den Baufortschritt in Augenschein. Weitere Stationen waren der Teststand für die supraleitenden Magnete des FAIR-Beschleunigers SIS100, der Green IT Cube – das durch Wasserkühlung besonders energieeffiziente Höchstleistungsrechenzentrum, das mit dem „Blauen Engel“ ausgezeichnet wurde – sowie das HADES-Experiment. (CP)

Auf einer Tour über das FAIR-Baufeld nahm er im Anschluss den Baufortschritt in Augenschein und besichtigte das Tunnelbauwerk für den SIS100-Beschleuniger, das Gebäude für das Großexperiment zur Untersuchung komprimierter Kernmaterie CBM und das sogenannte Kreuzungsbauwerk. Auf dem GSI/FAIR-Campus besuchte er den Green IT Cube – das durch Wasserkühlung besonders energieeffiziente Höchstleistungsrechenzentrum, das mit dem „Blauen Engel“ ausgezeichnet wurde – sowie den Experimentierspeicherring ESR und das HADES-Experiment. (CP)

Bei FLASH-Experimenten geht es um sehr kurze und sehr hoch-intensive Strahlenimpulse, bei denen die Behandlungsdosis in Zeitskalen von unter einer Sekunde abgegeben wird. Damit markiert der FLASH-Effekt einen potenziellen Durchbruch in der Strahlentherapie, da eine Bestrahlung mit ultrahoher Dosisrate das therapeutische Fenster erheblich erweitern kann. Tatsächlich zeigen präklinische Daten, dass die in weniger als einer Sekunde verabreichte Dosis den Tumor zerstört, aber das umliegende gesunde Gewebe verschont. Während diese Schonung des Normalgewebes bei hohen Dosen und kurzen Bestrahlungszeiten bereits mit Elektronen, Photonen und Protonen nachgewiesen wurde, beschränkten sich die Nachweise mit schweren Ionen wie Kohlenstoff bisher auf In-vitro-Zellexperimente. Nun konnte die Wirksamkeit der neuen FLASH-Strahlentherapie mit hochenergetischen Kohlenstoffionen, die mit ultrahoher Dosisleistung verabreicht werden, erstmals auch in lebenden Organismen unter Beweis gestellt werden.

Die Wissenschaftler*innen, zu denen neben dem Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, Professor Marco Durante, und seinem Team auch Forschende der University of Naples Parthenope sowie des Deutschen Krebsforschungszentrums DKFZ und der Universität Heidelberg gehören, stellen in ihrer aktuellen Veröffentlichung diese ersten In-vivo-Ergebnisse vor. Das Forschungsteam um Hauptautor Dr. Walter Tinganelli (GSI) hat gezeigt, dass ein 150-Millisekunden-Impuls mit hochenergetischen Kohlenstoffionen die Toxizität für normales Gewebe im Vergleich zu konventioneller Bestrahlung mit mehr als einer Minute reduziert und den Krebs (ein Osteosarkom der Maus) abtötet. Darüber hinaus stellten die Forscher mit Überraschung fest, dass die FLASH-Bestrahlung die Zahl der vom Primärtumor gebildeten Lungenmetastasen verringert. FLASH mit Kohlenstoffionen ist also nicht nur in der Lage, das gesunde Gewebe in der Umgebung des Tumorziels zu schonen, sondern kann auch eine systemische Wirkung entfalten, die distale Metastasen zerstören kann.

Professor Durante, anerkannter Experte auf dem Gebiet der Teilchentherapie und erst kürzlich zum Präsidenten der internationalen Organisation „Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG)“ gewählt, fasst zusammen: „Wir haben den FLASH-Effekt mit hochenergetischen Kohlenstoff-Ionen zum ersten Mal in vivo nachgewiesen. Die Ergebnisse sind wichtig und sehr nützlich für das Verständnis der FLASH-Mechanismen und für mögliche Anwendungen der Ultrahochdosis-Teilchentherapie im klinischen Bereich. Um diese Laborexperimente in den klinischen Bereich zu übertragen, muss aber noch viel weitere Forschung erfolgen. Ziel ist es dabei immer, die zentrale Frage zu beantworten: Wie soll bestrahlt werden, um die effizientesten, die bestmöglichen Behandlungsmethoden zu bekommen im Kampf gegen den Krebs?“

Auch der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, ist erfreut über die vielversprechenden Ergebnisse, die während der Experimentierzeit FAIR-Phase 0 entstanden sind: „Die moderne Radiobiologie wird einen erheblichen Nutzen von Strahlen mit noch höheren Intensitäten haben, wie wir sie an der im Bau befindliche FAIR-Anlage bieten werden. FLASH ist ein erstes Beispiel dafür. Zudem zeigen die vorliegenden Ergebnisse das große Potenzial der Kohlenstoffionentherapie, für die GSI Pionierarbeit geleistet hat. Auch in den nächsten Jahren wird an diesem hoch relevanten Thema weiter geforscht. Bereits die erste Stufe des FAIR-Experimentierprogramms, die FAIR-Phase 0, bietet dafür herausragende Möglichkeiten.“ (BP)

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Wissenschaftliche Veröffentlichung in "Radiotherapy and Oncology" (Englisch)

In den weiteren Vorträgen geht es um die Wirkungsweisen und Anwendungsmöglichkeiten von Kernspins sowie um das Experiment miniCBM, das als Vorläufer für das FAIR-Großexperiment zur Untersuchung komprimierter Kernmaterie (CBM) bereits an der GSI-Beschleunigeranlage in Betrieb ist. Zum Jahresabschluss im Dezember wird im traditionellen Weihnachtsvortrag über die diesjährigen wissenschaftlichen Experimente während der jüngsten Betriebsphase der GSI/FAIR-Beschleunigeranlage berichtet.

Die Vorträge beginnen jeweils um 14 Uhr. Weitere Information über Anmeldung, Zugang und Ablauf der Veranstaltung finden Sie auf der Veranstaltungswebseite unter www.gsi.de/wfa

Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In den Vorträgen wird über die Forschung und Entwicklungen an GSI und FAIR berichtet, aber auch über aktuelle Themen aus anderen Wissenschafts- und Technikfeldern. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für fachfremde Personen verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitenden oder von externen Referent*innen aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten. (CP)

Aktuelles Programm:

• Mittwoch, 14.09.2022, 14 Uhr
  Großbaustelle FAIR: Fortschritt und Herausforderungen beim Bau eines Forschungsbeschleunigers der Spitzenklasse
  Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer GSI/FAIR
   
• Mittwoch, 19.10.2022, 14 Uhr
  Kernspins: Kleine Wechselwirkungen, große Ergebnisse
  Gerd Buntkowsky, Technische Universität Darmstadt
   
• Mittwoch, 16.11.2022, 14 Uhr
  mCBM@SIS18 – Auf dem Weg zum großem FAIR-Experiment
  Christian Sturm, GSI/FAIR
   
• Mittwoch, 14.12.2022, 14 Uhr
  Wer strahlte denn da? – Einblick in den wissenschaftlichen Experimentierbetrieb an GSI/FAIR in 2022
  Daniel Severin, GSI, et al.

Neben Informationen zum Wissenschaftsbetrieb und zum Fortschritt des FAIR-Projekts gehörte eine Besichtigung zum Besuchsprogramm. Zunächst erhielt Marcus Bühl Einblicke über neuentwickelte und fertiggestellte Hightech-Komponenten für die FAIR-Beschleunigeranlage. Anschließend stand die Begehung der FAIR-Baustelle auf dem Programm. Dazu gehörten unter anderem der unterirdische Beschleuniger-Ringtunnel, das zentrale Bauwerk für die Strahlführung und -verteilung (Kreuzungsbauwerk) sowie die Gebäude für den Experimentierplatz CBM und die Experimentierplätze NUSTAR. Auch der Teststand für supraleitende Beschleunigermagneten wurde besichtigt. Dort werden vor allem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft, unter anderem die Dipolmagneten für den Ringbeschleuniger SIS100.

Beim Jubiläum der Wissenschaftsstadt darf GSI/FAIR nicht fehlen: Schließlich steht GSI in Darmstadt seit mehr als 50 Jahren für Spitzenforschung, die weltweit führend und zugleich mit der Region verwurzelt ist und das Profil der Wissenschaftsstadt Darmstadt mitprägt. Und mit FAIR sind die wegweisenden Weichen in die Zukunft gestellt: Das Beschleunigerzentrum FAIR ermöglicht es Wissenschaftler*innen, die Vielfalt des Universums gleichsam ins Labor zu holen, um fundamentale Fragen wie die Entstehung der chemischen Elemente und die Entwicklung des Universums zu untersuchen.

Mit FAIR wird die internationale Dimension noch einmal deutlich erweitert: Von Anfang an hat GSI Forschende aus der ganzen Welt angezogen und nach Darmstadt gebracht. Viele weitere werden für die zukünftige internationale Einrichtung FAIR hierherkommen, um exzellente Wissenschaft auf Weltniveau zu betreiben. Dies ist auch ein Beitrag zur Sichtbarkeit von Darmstadt als Wissenschaftsstadt auf internationaler Ebene.

Ziel der aktuellen Jubiläumsaktion „Auf den Punkt gebracht“ ist es, wissenschaftliche Einrichtungen in Darmstadt sichtbar und erlebbar zu machen. Ein symbolischer „Wissenspunkt“ ist dabei ähnlich einem Staffelstab seit Juni zu einer „Route der Wissensorte“ in Darmstadt unterwegs. An jedem Ort, an dem der „Wissenspunkt“ für einen oder mehrere Tage Halt macht, erwartet die Besucher*innen ein spannendes Programm. Die Aktion wird bis Oktober dauern.

Im Rahmen der Jubiläumsaktion konnten sich Interessierte bereits für einen Rundgang durch die einzigartige Teilchenbeschleunigeranlage bei GSI/FAIR anmelden, der am 25. August stattfindet (bereits ausgebucht). Auch auf Instagram und Facebook gibt es in den Tagen rund um den Besuch des „Wissenspunkts“ Spannendes zu entdecken und Wissenswertes zu erfahren. Interessierte haben Gelegenheit, auf abwechslungsreiche Weise hinter die Kulissen des Wissenschaftsbetriebs zu schauen und überraschende Einblicke in die Wissenschaft bei GSI/FAIR zu erhalten.

Die Tour des „Wissenspunktes“ und das Programm werden auf den Internetseiten der Stadt Darmstadt fortlaufend aktualisiert und erweitert. Dort gibt es eine Übersichtskarte, die zeigt, wo sich Darmstadts Wissensorte befinden. (BP)

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25 Jahre Wissenschaftsstadt Darmstadt

GSI/FAIR auf Instagram

GSI/FAIR auf Facebook

Einem internationalen Forschungsteam unter Beteiligung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung ist es erstmals gelungen, ein isoliertes Vier-Neutronen-System zu erzeugen. Die Forschenden überwanden die experimentelle Herausforderung durch Einsatz einer neuen Methode.

Das Experiment wurde an der Beschleunigeranlage für radioaktive Strahlen (RIBF) am RIKEN-Forschungszentrum in Japan durchgeführt. Beteiligt an der großen internationalen Kollaboration unter Führung der Technischen Universität Darmstadt waren neben GSI auch Wissenschaftler*innen der TU München und des RIKEN Nishina Centers. Das Experiment lieferte ein zweifelfreies Signal für die erste Beobachtung des Tetra-Neutrons. Das Resultat wurde jetzt in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht.

Die Bausteine von Atomkernen sind die Nukleonen, die in zwei Arten vorkommen, den neutralen Neutronen und den positiv geladenen Protonen. Nach bisherigem Wissensstand existieren keine stabilen – oder gebundenen – Kerne, die ausschließlich aus Neutronen aufgebaut sind. Die einzigen bekannten gebundenen Systeme, die fast ausschließlich aus Neutronen bestehen, sind die Neutronensterne in unserem Universum mit einem typischen Radius von etwa zehn Kilometern. Diese Sterne werden durch die Gravitationskraft stabilisiert und weisen eine hohe Neutronendichte im Inneren auf. Atomkerne wiederum sind durch die starke Wechselwirkung gebunden, mit der Präferenz, die gleiche Zahl von Neutronen und Protonen zu binden – so wie man es von leichten, stabilen Kernen kennt, wie sie auf unserer Erde zu finden sind.

Neutronensterne besser verstehen

Die Erforschung von reinen Neutronensystemen ist aber von großer Bedeutung, da nur so experimentelle Erkenntnisse über die Wechselwirkung mehrerer Neutronen untereinander und damit über die nukleare Wechselwirkung an sich gewonnen werden können. Die Erforschung der bisher hypothetischen Systeme könnte zudem helfen, die Eigenschaften von Neutronen-Sternen besser zu verstehen. Herauszufinden, ob solche Neutronen-Systeme als ungebundene Kernzustände oder gar als gebundene Kerne vorliegen, ist daher ein seit langem bestehendes Bestreben der Kernphysik. Das Forschungsteam hat dazu nun einen neuen Anlauf genommen und eine neue experimentelle Methode eingesetzt, die sich von allen bisherigen Versuchen unterscheidet. Die Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) über den Sonderforschungsbereich 1245 unterstützt.

“Dieser experimentelle Durchbruch liefert einen Referenzwert für die Theorie zum Verständnis der Wechselwirkungen von reinen Neutronen-Verbünden und damit auch der Eigenschaften neutronenreicher Kerne“, sagt Dr. Meytal Duer vom Institut für Kernphysik (IKP) an der TU Darmstadt. “Die nukleare Wechselwirkung zwischen mehr als zwei Neutronen konnte bisher nicht experimentell geprüft werden, während theoretische Vorhersagen zu sehr verschiedenen Ergebnissen führen. Wir planen nun ein Experiment der nächsten Generation an der R3B-Anlage bei FAIR, mit dem die direkte Messung der Korrelationen zwischen den vier Neutronen mit dem R3B-NeuLAND-Detektor möglich sein wird. Dies wird neue Erkenntnisse über die Natur dieses Vier-Neutronen Systems liefern.”

Die experimentelle Untersuchung von reinen Neutronen-Systemen stellt eine große Herausforderung dar. Denn es gibt keine Möglichkeit, ein Neutronen-Target herzustellen, also die Materie, die dem Teilchenstrahl ausgesetzt wird. Daher muss ein Multi-Neutronen-System, in dem die Neutronen untereinander über die kurzreichweitige Kernkraft (wenige Femtometer, 10^-15 Meter) in Wechselwirkung treten können, in einer Aufprallreaktion von Atomkernen erzeugt werden. Die große Gefahr, dass die Wechselwirkung der Neutronen mit anderen an der Reaktion beteiligten Teilchen das eigentliche Signal verändert oder unsichtbar macht, wurde im Experiment durch den Einsatz eines hochenergetischen ⁸He-Strahls gelöst. Der ⁸He-Kern besteht aus einem kompakten Alpha-Teilchen (⁴He), das von den vier weiteren Neutronen in einer Wolke geringerer Dichte umgeben wird. Das Alpha-Teilchen wird nun in einer hochenergetischen Reaktion mit einem Proton in einem Flüssigwasserstoff-Target aus dem ⁸He-Kern herausgeschossen: Die verbleibenden vier Neutronen sind plötzlich frei und können einen Vier-Neutronen-Zustand bilden.

“Schlüssel zur erfolgreichen Entdeckung des Tetra-Neutrons waren die gewählte Reaktion und die gewählte Kinematik mit hohem Impulsübertrag, die die Neutronen von den geladenen Teilchen im Impulsraum unverzüglich separiert“, sagt Professor Dr. Thomas Aumann, Leiter der Forschungsabteilung Kernreaktionen bei GSI/FAIR und Professor am IKP der TU Darmstadt. „Dies hat eine fast untergrundfreie Messung ermöglicht. Wir planen nun dieselbe Reaktion, aber mit einem ⁶He-Strahl an der RBIF, um die Neutron-Neutron-Wechselwirkung bei kleinen Energien präzise zu messen. Ein dafür geeigneter Neutronen-Detektor wird im Moment an unserer Universität gebaut.” (TUDa/CP)

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• Veröffentlichung im Fachmagazin Nature (Englisch)
• Pressemitteilung der Technischen Universität Darmstadt

Bei GSI wurde eine bahnbrechende neue Krebstherapie entwickelt. Grundlage hierfür waren langjährige Forschungsarbeiten und die große Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen am GSI. Von 1997 bis 2008 wurden bei GSI über 440 Erkrankte mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich erfolgreich mit Ionenstrahlen behandelt. Der Vorteil der neuen Therapie liegt darin, dass der Ionenstrahl seine größte Wirkung im Tumor erzielt und das umliegende gesunde Gewebe schont. Weitere Forschung hat zum Ziel, die neue Behandlungsmethode auch bei anderen Tumorerkrankungen einzusetzen. Unter technischer Leitung von GSI wurde am Universitätsklinikum in Heidelberg ein Ionenstrahl-Therapiezentrum errichtet. Seit der Eröffnung im November 2009 können nun Erkrankte im klinischen Routinebetrieb behandelt werden.

Der Verein zur Förderung der Tumortherapie ist mit GSI/FAIR eng verbunden und unterstützt durch ideelle und finanzielle Förderung Aktivitäten zur Forschung auf dem Gebiet der Tumortherapie mit schweren Ionen. Wesentliches Ziel ist es, die Behandlung von Tumoren weiter zu verbessern und die entsprechenden Weiterentwicklungen im Rahmen der Schmelzer-Preisverleihung auszuzeichnen. Der Förderverein verfolgt ausschließlich und unmittelbar gemeinnützige Zwecke.

Die „Tour der Hoffnung“ ist eine der größten, privat organisierten Benefiz-Radtouren, die in den vergangenen 38 Jahren mehr als 42 Millionen Euro zusammengetragen hat, teilen die Organisatoren mit und betonen: „Alle Spenden kommen bis auf den letzten Cent den Betroffenen zugute, während die Organisationskosten von Sponsoren getragen werden. Diese klare Trennung hat bundesweit enorm viel Anklang gefunden. Dies ist ein wichtiger Grund, weshalb sich jedes Jahr viel Prominenz aus Wirtschaft, Politik, Showbusiness und Sport in den Dienst der guten Sache stellt.“

In diesem Jahr treten rund 160 Teilnehmende, darunter auch namhafte Sportler*innen, in die Pedale, um Spenden zu sammeln für krebskranke Kinder. Die 254 Kilometer lange Benefiz-Radtour beginnt am 11. August traditionell mit einem Prolog in und um Gießen und endet am 13. August in Fulda. Schirmherrin der Tour ist auch in diesem Jahr Petra Behle, Olympiasiegerin und neunfache Weltmeisterin im Biathlon. Der Kapitän des Fahrerfeldes ist der aus Gevelsberg stammende mehrfache Querfeldein-Weltmeister Klaus Peter Thaler. (BP)

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Ionenstrahlen im Kampf gegen Krebs bei GSI/FAIR

Förderverein Tumortherapie mit schweren ionen e.V.

Tour der Hoffnung

Strahlentherapie ist ein bewährter Ansatz, um Tumore zu zerstören. Sie könnte aber künftig noch mehr – nämlich gleichzeitig das Immunsystem stimulieren und so den Krebs noch intensiver bekämpfen. Forschende unter Leitung der TU Darmstadt und Beteiligung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung fanden heraus, dass Röntgenstrahlung eine Calcium-Signalkaskade in Zellen des Immunsystems auslöst. Die Ergebnisse wurden jetzt im „Journal of General Physiology“ veröffentlicht.

Ionisierende Strahlung wird erfolgreich in der Krebstherapie zum Abtöten von Tumorzellen eingesetzt und ist ein wichtiges Forschungsthema in der GSI-Abteilung Biophysik. In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat sich gezeigt, dass der Therapieerfolg noch gesteigert werden kann, wenn die Strahlenbehandlung mit Maßnahmen verbunden wird, die das Immunsystem stimulieren. In diesem Zusammenhang erregt gerade eine neue Studie  von Forschenden der TU Darmstadt, des GSI Helmholtzzentrums, sowie aus den Kliniken der Universitäten Frankfurt und Homburg Aufmerksamkeit.

Die Forscherinnen und Forscher berichten im Journal of General Physiology, dass der angestrebte stimulierende Effekt auf das Immunsystem schon direkt ausgelöst wird, wenn T-Zellen von Röntgenstrahlen mitbestrahlt werden. Dominque Tandl, Forscherin am Fachbereich Biologie der TU Darmstadt, und ihre Mitautoren, zu denen auch Claudia Fournier und Burkhard Jakob von GSI gehören, zeigen in der nun veröffentlichten Studie, dass klinisch relevante Dosen an Röntgenstrahlung in T-Lymphozyten eine immunreaktionstypische Signalkaskade auslösen, die mit einer Ausschüttung des Botenstoffs Calcium (Ca2+) aus internen Speichern beginnt.

Vermittelt durch den sogenannten store operated Ca2+ entry (SOCE) Weg beginnt die Konzentration von Ca2+ in den Zellen mit einer kritischen Frequenz zu oszillieren, was wiederum zur Verlagerung (Translokation) eines Transkriptionsfaktors aus dem Cytoplasma in den Zellkern führt. Dort angekommen, leitet dieser Transkriptionsfaktor eine Genexpression ein, und die Zelle beginnt mit der Herstellung von Molekülen, die für die Immunreaktion wichtig sind, wie etwa Zytokine.

Da bei der Bestrahlung von Tumoren unweigerlich immer auch die Blutzellen im Zielgewebe getroffen werden, könnte sich die Medizin die stimulierende Wirkung von Röntgenstrahlung auf T-Lymphozyten nutzbar machen. Die Forscherinnen und Forscher hoffen, dass ihre Studien dazu beitragen, langfristig die Krebstherapie zu verbessern, wie Professor Gerhard Thiel sagt, der Leiter des Arbeitsgebiets Membranbiophysik am Fachbereich Biologie der TU Darmstadt und Mitautor der Studie. „Es könnte gelingen, die abtötende Wirkung von ionisierender Strahlung auf Tumorzellen zu verstärken und gleichzeitig mithilfe dieser Strahlung das Immunsystem anzuregen.“ (TUDa/BP)

Weitere Informationen

Pressemitteilung der TU Darmstadt

Wissenschaftliche Veröffentlichung im "Journal of General Physiology“

Die ausgefeilte und kreative Filmtechnik überzeugte die Jury: Das Zeitraffer-Video, das GSI/FAIR produziert, um die Entwicklungen auf der Baustelle der Teilchenbeschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) zu zeigen, wurde als herausragender Beitrag in der Kategorie „Public Relations/Research and Science“ bewertet. Die Jury des “WorldMediaFestivals | Television & Corporate Media Awards” verlieh hierfür den "Intermedia Globe SILVER Award". 

Die Fortschritte auf einer der größten Baustellen für die Grundlagenforschung weltweit werden mit der besonderen GPS-Film- und Verarbeitungstechnik des „Longterm Dronelapse“ besonders gut sichtbar. Lars Möller von der interdisziplinären Medienproduktion „Zeitrausch“ aus Breuberg fliegt mit einer Drohne regelmäßig die gleichen Routen über die FAIR-Baustelle. Die dabei gefilmten bewegten Zeitraffervideos werden dann in einem einzigen Video kombiniert. Zeitraffervideos, die über nun bereits vier Jahre aufgenommen wurden, sind in dem von World Media Festival ausgezeichneten Video dank GPS-Unterstützung überlagert, sodass die Entwicklungen der Bauaktivitäten auf beeindruckende Weise erlebbar werden. Bereits der letztjährige Longterm Dronelapse, der die Entwicklung von 2018 bis 2020 zeigt, wurde beim World Media Festival ausgezeichnet.

Seit 22 Jahren zeichnen WorldMediaFestivals herausragende Leistungen in den Bereichen Fernsehen, Corporate Film, Online und Print auf internationaler Ebene. Die Awards sind, laut intermedia, international als Symbol für höchste Produktionsstandards anerkannt und eine der weltweit höchsten Auszeichnungen im visuellen Wettbewerb. Die Jury entscheidet basierend auf Kreativität und Effektivität. (LW) 

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Preisgekröntes Drohnenvideo Longterm Dronelapse

Liste der preisgekrönten Beiträge World Media Festival
 

Sigurd Hofmann wurde am 15. Februar 1944 in Böhmisch-Kamnitz, Böhmen geboren und kam kurz nach Kriegsende nach Groß-Umstadt. Er ging in dort zur Schule und besuchte bis 1963 das dortige Max-Planck-Gymnasium. Anschließend begann er das Physik-Studium an der damaligen TH Darmstadt (heute TU Darmstadt), wo er 1969 das Diplom erlangte und 1974 bei Egbert Kankeleit promoviert wurde. Seine danach bei der GSI in Darmstadt beginnende wissenschaftliche Arbeit füllte ihn fast 50 Jahre lang aus. Zuletzt arbeitete er an einem Buch zum aktuellen Stand der weltweiten Schwere-Elemente-Forschung und an der Veröffentlichung einer Methode zur Energiekalibrierung von Halbleiter-Detektoren, die er bereits in den 90’er Jahren entwickelt hatte – Genauigkeit und wissenschaftliche Exaktheit waren ihm stets wichtig. Doch zunächst widmete er sich, nachdem er 1974 zur GSI gekommen war, in der Gruppe von Peter Armbruster und zusammen mit Gottfried Münzenberg der Untersuchung von Fusionsreaktionen und radioaktiven Zerfällen. Internationale Bekanntheit erreichte Sigurd Hofmann durch die 1981 entdeckte Protonen-Radioaktivität aus dem Grundzustand von Lutetium-151, ein bis dahin unbekannter Zerfallsmechanismus. Bei der Datenanalyse kam ihm seine ausgeprägte Gründlichkeit und wissenschaftliche Neugier zugute.

Gleichzeitig hatte Sigurd Hofmann mit Arbeiten zur Synthese, zum eindeutigen Nachweis und zur Erforschung der Eigenschaften der schwersten chemischen Elemente begonnen, die sein weiteres wissenschaftliches Leben prägen sollten. Erste Höhepunkte waren die Synthese der neuen Elemente Bohrium (Bh, Z=107), Hassium (Hs, Z=108) und Meitnerium (Mt, Z=109) in den Jahren 1981 bis 1984, mit denen die GSI erstmalig – und gleichzeitig sehr prominent – das internationale Territorium dieses Forschungsgebiet betrat. Entscheidend hierbei waren die Halbleiter-Detektoren, die Sigurd Hofmann eigens dafür entwickelt hatte. Seiner Zeit damit weit voraus, werden solche Detektoren heute weltweit zur Suche nach neuen chemischen Elementen eingesetzt. Ende der 90’er Jahre übernahm Sigurd Hofmann die Leitung der Schwere-Elemente-Gruppe und – nach instrumentellen Verbesserungen am GSI-Linearbeschleuniger UNILAC, dem Geschwindigkeitsfilter SHIP, weiteren Detektoren sowie der Nachweiselektronik – krönte er seine wissenschaftlichen Erfolge mit der Entdeckung der chemischen Elemente Darmstadtium (Ds, Z=110), Roentgenium (Rg, Z=111) und Copernicium (Cn, Z=112) in den Jahren 1994 bis 1996. Das Konzept „SHIP-2000“, ein unter seiner Federführung entstandenes Strategiepapier aus dem Jahr 1999 zur langfristigen Schwere-Elemente-Forschung bei GSI, ist heute noch aktuell. Im Jahr 2009 wurde er zum Helmholtz-Professor ernannt und konnte sich fortan wieder ganz der wissenschaftlichen Arbeit widmen. Über viele Jahre pflegte er eine sehr intensive Zusammenarbeit und wissenschaftlichen Austausch mit den internationalen Kollegen in Dubna, wo er in einem gemeinsamen Experiment Mitentdecker von Element Flerovium (Fl, Z=114) war.

Für seine herausragenden Forschungsarbeiten und Erkenntnisse erhielt er eine große Anzahl von renommierten Auszeichnungen und Preisen, von denen hier nur die wichtigsten genannt werden können. So war er seit 1996 Ehrendoktor der Fakultät für Mathematik und Physik der Comenius-Universität in Bratislava (Slowakei), seit 1998 Honorarprofessor der Goethe-Universität in Frankfurt am Main, seit 2001 Dr. h. c. des Joint Institute for Nuclear Research (JINR) in Dubna und seit 2004 Professor Laureatus der Josef-Buchmann-Stiftung der Goethe-Universität in Frankfurt am Main. Er erhielt 1984 den Physikpreis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (zusammen mit Gottfried Münzenberg, Willibrord Reisdorf und Karl-Heinz Schmidt), 1996 den Otto-Hahn-Preis der Stadt Frankfurt am Main (zusammen mit Gottfried Münzenberg), 1997 den G.N. Flerov Preis des Joint Institute for Nuclear Research (JINR) in Dubna und 1998 die SUN-AMCO Medaille der International Union of Pure and Applied Physics; im Jahr 2011 erhielt er die Nikolaus-Kopernikus-Medaille der Polnischen Akademie der Wissenschaften in Warschau (Polen) und 2011 die Medaille der Stadt Toruń und Nikolaus-Kopernikus-Universität Toruń (Polen).

Sigurd Hofmann war ein fleißiger Schreiber und Redner. Er war eingeladen als Sprecher bei unzähligen internationalen Konferenzen, verfasste eine große Anzahl von Übersichtsartikeln, Büchern und Buchkapiteln, von vielen vielzitierten Veröffentlichungen. Ebenso hielt er gerne populärwissenschaftliche Vorträge bei öffentlichen Anlässen, u.a. als „Bekennender Heiner“ in der Darmstädter Ziegelhütte. Dabei konnte er ein mitreißendes Bild der modernen Physik, aber auch der großen Fragestellungen der Kosmologie und der Elementsynthese in Sternen entwickeln, ebenso konnte er sehr anschaulich vermitteln wie man Atome „sichtbar“ machen kann. Viele Kapitel seines zeitgenössischen wissenschaftlichen Lebens sind in seinem 2002 erschienenen Buch „On Beyond Uranium“ festgehalten.

Bemerkenswert waren seine Bescheidenheit und sein freundliches Wesen. Man konnte sich stets auf ihn verlassen. Seine Sorgfalt, Genauigkeit und Umsicht bei allen Arbeiten waren herausragend. Seine Beharrlichkeit war eine der Grundlagen für die bahnbrechenden wissenschaftlichen Erfolge, die er für GSI erzielte. Stets war er im Büro oder am Experiment anzutreffen, auch spät am Abend und an Wochenenden, so dass man ihn jederzeit fragen und immer ausführliche Antworten und kompetenten Rat erhalten konnte. Es gab in der Kernphysik und bei GSI quasi nichts, was er nicht wusste.

Wir freuen uns, dass wir über so lange Jahre mit einem exzellenten Wissenschaftler und Kollegen sowie einem hervorragenden Lehrer und großartigen Menschen zusammenarbeiten durften. Nun trauern wir um Sigurd Hofmann. Seiner Familie gilt unser tiefes Mitgefühl. Wir werden ihn in bester Erinnerung behalten. (JL)
 

Begrüßt wurden die Gäste von Jutta Leroudier aus der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit und Thomas Neff aus der Abteilung Theorie, der vor über 30 Jahren ebenfalls Teilnehmer der Chemie-Olympiade war. Nach einer einführenden Präsentation über die bisherigen Forschungserfolge, aktuellen Experimente sowie den Stand des FAIR-Projektes stand ein Rundgang zur Baustellenplattform und zu verschiedenen Forschungseinrichtungen auf dem Programm. „Es ist eine einmalige Gelegenheit für die chemiebegeisterten Jugendlichen, die Großexperimente und Teilchenbeschleuniger von GSI/FAIR, vor Ort zu erleben, einen Eindruck von der Dimension der Experimente zu erhalten und den Entdeckungsort von sechs chemischen Elementen zu erleben“, freute sich Marco Dörsam, der Organisator der Exkursion und Landesbeauftragte des Wettbewerbs.

Nach dem offiziellen Besuchsprogramm wurde es noch einmal spannend für die Jugendlichen. Das Betreuungs-Team um Marco Dörsam hat die Gewinner*innen der einzelnen Wettbewerbskategorien verkündet. Die Schüler*innen absolvierten während der Exkursion eine theoretische Klausur und führten umfassende Experimente in Kleingruppen durch. Bei diesem Auswahlverfahren haben sich insgesamt zehn Jugendliche für das Bundesfinale im September in Leipzig qualifiziert. „Die Exkursion zu GSI/FAIR soll ab jetzt ein fester Programmpunkt in der 3. Auswahlrunde des Chemie-Wettbewerbs werden und wir freuen uns, dass wir mit GSI/FAIR einen so hervorragenden Veranstaltungsort für unsere chemiebegeisterten Jugendlichen anbieten können“, so Marco Dörsam. (JL)

Die symbolische Grundsteinlegung erfolgte am 29. März 2022 mit hochrangigen Gästen aus Politik, Wissenschaft und der Baubranche. An dem feierlichen Akt nahmen unter anderem die Bundesministerin für Bildung und Forschung Bettina Stark-Watzinger, die Hessische Ministerin für Wissenschaft und Kunst Angela Dorn, der Hessische Minister der Finanzen Michael Boddenberg sowie der Oberbürgermeister der Wissenschaftsstadt Darmstadt Jochen Partsch teil. 

Inzwischen nimmt der Rohbau weiter Form an. Die Fundamente des MCR sind fertiggestellt, die Bodenplatte ist betoniert und die Arbeiten an der Kellerdecke abgeschlossen. Die Wände im Erdgeschoss, wo sich zukünftig Besprechungsräume und Büros für den Beschleunigerbetrieb befinden werden, sind größtenteils errichtet. Parallel zu den Rohbauarbeiten erfolgte die Beauftragung der Aufzugsanlage. Anstehende Ausschreibungen für Dachabdichtungs- und Metallbauarbeiten sowie zur Technischen Gebäudeausrüstung sind aktuell in Vorbereitung und werden zeitnah vergeben.

Nach der Fertigstellung wird das FAIR-Kontrollzentrum ein entscheidender Knotenpunkt der gesamten Infrastruktur auf dem GSI/FAIR-Campus sein. Von hier aus sollen künftig sämtliche Beschleuniger der GSI/FAIR-Anlagen gesteuert werden. Zusätzliche zu dem MCR entstehen in dem Gebäude rund 200 Büroarbeitsplätze, Besprechungsräume sowie eine Besuchergalerie. Nach seiner Fertigstellung wird das fünfgeschossige, teilunterkellerte Gebäude über eine Brutto-Geschoss-Fläche von insgesamt rund 6000 Quadratmeter verfügen. (JL)

Nach einer einführenden Präsentation über den Stand des FAIR-Projektes, die Campus-Entwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuelle Experimente besuchten die Gäste die FAIR-Baustelle. Sie besichtigten den unterirdischen SIS100-Beschleunigertunnel und das CBM-Experiment, die beide im Rohbau fertiggestellt sind, sowie das Transfergebäude, das den zentralen Knotenpunkt der Anlagenstrahlführung bildet. Ein Halt im Rohbaubereich des Super-FRS, der exotische Teilchen sortieren wird, und des künftigen Experimentierplatz NUSTAR rundete das umfassende Bild der künftigen internationalen Forschungseinrichtung ab. (LW)

Durante wurde durch den Lenkungsausschuss der PTCOG zum Präsidenten gewählt, zu dem jedes klinische Partikeltherapiezentrum weltweit Repräsentant*innen entsendet. Die Übergabe der Präsidentschaft fand während der kürzlich stattfindenden PTCOG60-Konferenz in Miami, USA, statt. Erstmals wird mit Durante ein Vertreter aus Deutschland und des Weiteren aus der Forschung zum Präsidenten ernannt, nachdem die Position bisher hauptsächlich von Mediziner*innen oder klinischen Medizinphysiker*innen besetzt wurde. Als Präsident steht er dem Leitungskomitee der PTCOG als Vorsitzender vor.

„Die Ernennung ist eine große Ehre für mich und ich bin sehr dankbar, diese Position für die nächsten drei Jahre bekleiden zu dürfen“, sagte Durante anlässlich der Wahl. „In meiner Amtsperiode möchte ich dafür werben, die Forschung innerhalb der PTCOG mehr in den Fokus zu rücken. Sie ist unerlässlich, um die Partikeltherapie, die als Therapiemethode bereits heute sehr erfolgreich und insbesondere für Patient*innen sehr schonend einzusetzen ist, weiter zu optimieren und noch für zusätzliche Krankheitsbilder verfügbar zu machen.“

Ziel der Partikeltherapie ist es, Tumorzellen zu zerstören und gleichzeitig umliegende gesunde Zellen zu verschonen. Beschleunigte Ionen eignen sich dafür besser als die herkömmlich genutzte Röntgenstrahlung. Sie entfalten ihre schädigende Wirkung am Ende ihrer Flugbahn in einer bestimmten Tiefe. An der großen Beschleunigeranlage von GSI wurde diese bahnbrechende Tumortherapie entwickelt. Mit großem Erfolg wurden dort in der Vergangenheit über 440 Personen mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionenstrahlen behandelt. An der bestehenden Forschungsanlage sowie in Zukunft mit der gerade in Darmstadt im Bau befindlichen Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) arbeiten die Forschenden daran, die Methode durch neue Technologien und Behandlungsabläufe zu verbessern.

Die PTCOG ist eine 1985 gegründete, weltweit agierende gemeinnützige Vereinigung von Forschenden und Anwendenden auf dem Gebiet der Strahlentherapie mit Protonen, leichten Ionen sowie schweren geladenen Teilchen. Ihre Mission ist es, die Wissenschaft, Technologie und die praktische klinische Anwendung der Partikeltherapie zu fördern mit dem Ziel die Behandlungsmethoden für Krebs hin zum bestmöglichen Standard in der Strahlentherapie zu verbessern. Dazu regt PTCOG die Ausbildung auf dem Gebiet an und richtet weitere globale Aktivitäten wie internationale Konferenzen und Treffen aus.

Marco Durante ist Leiter der GSI-Forschungsabteilung Biophysik und Professor am Fachbereich Physik der TU Darmstadt, Institut für die Physik kondensierter Materie. Er studierte Physik und promovierte an der Universität Federico II in Italien. Seine Postdoc-Stellen führten ihn ans NASA Johnson Space Center in Texas und zum National Institute of Radiological Sciences in Japan. Während seiner Studien spezialisierte er sich auf die Therapie mit geladenen Teilchen, auf kosmische Strahlung, Strahlungszytogenetik und Strahlenbiophysik. Für seine Forschung wurde er vielfach ausgezeichnet, unter anderem mit dem Galileo-Galilei-Preis der Europäischen Föderation der Organisationen für Medizinische Physik (EFOMP), den Timoffeeff-Ressovsky-Preis der Russischen Akademie der Wissenschaften (RAS), den Warren-Sinclair-Preis des amerikanischen National Council of Radiation Protection (NCRP), dem IBA-Europhysik-Preis der Europäischen Physik-Gesellschaft (EPS), dem von der European Radiation Research Society (ERRS) vergebenen Bacq & Alexander-Preis der Europäischen Gesellschaft für Strahlenforschung und dem Failla-Preis der Radiation Research Society. Ebenfalls hat er zur Fortführung seiner Forschungsaktivitäten einen ERC Advanced Grant der Europäischen Union erhalten. (CP)

Weitere Informationen

• PTCOG-Webseite (Englisch)

Vom 25. Juli bis 2. September wird der italienische Künstler Luca Spano nach Darmstadt kommen und sich gemeinsam mit Forschenden von GSI und FAIR mit den Grenzen des Sehens und des Sichtbaren auseinandersetzen. Er befasst sich mit der Wahrnehmung der Realität und dem Prozess, wie wir Wissen konstruieren. „Wir produzieren Bilder aus Daten, wir nutzen unseren kulturellen Hintergrund, um uns das Unerreichbare vorzustellen, wir erschaffen unsere Überzeugungen”, sagt Luca Spano. „Jedes Mal, wenn wir Technologien erfinden, die verändern, wie oder was wir sehen können, verändern wir uns selbst und die Welt um uns herum.”

Mit Artist-in-Science-Residence etabliert GSI/FAIR einen interdisziplinären Dialog zwischen Künstler*innen und Physiker*innen, der die Möglichkeit bietet, künstlerischen Fragestellungen nachzugehen und diese im wissenschaftlichen Kontext zu reflektieren. Aus dem künstlerischen Dialog und in experimentellen Workshops mit der Öffentlichkeit und unseren Wissenschaftler*innen werden Bilder erzeugt von dem, was man mit bloßem Auge nicht sehen kann: die Bausteine von Materie und Antimaterie und ihre Wechselwirkungen. (KG/BP)

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• Über den Künstler Luca Spano
• Projekt „Artist-in-Science-Residence“

Am 12. Juni fand auf dem gemeinsamen Campus des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung (GSI) und der internationalen Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) eine Zeremonie zur Unterzeichnung einer Vereinbarung (Memorandum of Understanding) über gemeinsame Forschung im Bereich der Kernphysik statt. Die Vereinbarung wurde zwischen dem japanischen RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR), GSI und FAIR geschlossen.

Chief Scientists Professor Takehiko Saito von RIKEN CPR arbeitet bereits seit längerem mit GSI/FAIR zusammen, und es wurde beschlossen, diese Partnerschaft durch die Einrichtung eines gemeinsamen Labors zu vertiefen. Das gemeinsame Labor wird von Saito und von Professor Christoph Scheidenberger von GSI/FAIR geleitet, um die gemeinsame Forschung zu fördern und den Austausch von Forschenden, einschließlich Studierenden, auszuweiten.

Die Vereinbarung sieht auch die Einrichtung einer neuen Forschungszusammenarbeit zwischen RIKEN und GSI/FAIR vor, die von Forschenden aus drei CPR-Labors durchgeführt werden soll: dem Atomic, Molecular & Optical Physics Laboratory unter der Leitung von Professor Toshiyuki Azuma, dem Meson Science Laboratory unter der Leitung von Professor Masahiko Iwasaki und dem High Energy Nuclear Physics Laboratory unter der Leitung von Takehiko Saito.

Die Vereinbarung wurde sowohl vor Ort bei GSI/FAIR als auch online unterzeichnet. Von Seiten GSI/FAIR zeichneten Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, und Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI/FAIR, das Abkommen. Auf Seite des RIKEN wurde die Vereinbarung von Dr. Shigeo Koyasu, dem Direktor des CPR, unterschrieben. Darüber hinaus besuchte Dr. Keitaro Ohno, Staatsminister für Kabinettsangelegenheiten, zuständig für wirtschaftliche Sicherheit und Katastrophenmanagement, GSI und FAIR am selben Tag und war Zeuge der Unterzeichnung, wobei er seine starke Unterstützung für die Kooperationsbeziehung zum Ausdruck brachte.

„Japanische Forschungseinrichtungen im Allgemeinen und RIKEN im Besonderen sind starke und sehr wertvolle Partner für GSI und FAIR. Die Zusammenarbeit mit den hochqualifizierten japanischen Wissenschaftler*innen hat sich für uns als äußerst fruchtbar erwiesen, wie die vielen erfolgreichen Kooperationen und Forschungserfolge in der Vergangenheit und bei den laufenden Experimenten der FAIR-Phase 0 zeigen. Viele gemeinsame Projekte wurden von unseren Forschenden sowohl in Japan als auch hier durchgeführt. Wir hoffen auf eine intensivierte Fortsetzung in der Zukunft, für die die heutige Unterzeichnung des Abkommens den Weg ebnen wird“, sagte Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR.

„Aufbauend auf den bisherigen gemeinsamen Aktivitäten von CPR und GSI hoffen wir, dass die Unterzeichnung dieser Absichtserklärung die Zusammenarbeit weiter voranbringen wird“, fügte Dr. Shigeo Koyasu hinzu. (RIKEN/CP)

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• Pressemitteilung des Forschungszentrums RIKEN (Englisch)
• News zum Besuch von Minister Keitaro Ohno

In seiner Arbeit, die er unter der Anleitung von Privatdozent Bastian Kubis an der Universität Bonn durchführte, hat Dr. Bai-Long Hoid die dominierenden theoretischen Unsicherheiten bezüglich der Vorhersage für das anomale magnetische Moment des Myons studiert, welche durch Berechnungen der hadronische Vakuumpolarisation und „light-by-light“ Streuung limitiert sind.

Dr. Hoid ist erfolgreich ein sehr schwieriges Problem angegangen und hat damit die theoretischen Werkzeuge wesentlich verbessert, die für präzise Berechnungen der relevanten hadronischen Größen in diesem Niedrigenergiebereich benötigt werden. Seine wissenschaftlichen Publikationen haben große Aufmerksamkeit in der Theorie-Gemeinschaft und darüber hinaus erhalten.

Die PANDA-Kollaboration vergibt Promotionspreise um speziell Beiträge von Studierenden zum PANDA-Projekt auszuzeichnen. Kandidat*innen für den Promotionspreis werden durch die betreuende Person ihrer Arbeit nominiert. Zusätzlich zum direkten Bezug zu PANDA muss die Arbeit mit mindestens „sehr gut“ bewertete sein. Bis zu drei Kandidat*innen kommen in die nähere Auswahl und können ihre Arbeit im PANDA-Kollaborationsmeeting vorstellen. Die Gewinner*innnen werden durch ein dafür gebildetes Gremium der PANDA-Kollaboration ausgewählt. (CP)

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• Webseite der PANDA-Kollaboration
• Promotionsarbeit von Dr. Bai-Long Hoid

Nach einer Begrüßung und einem einführenden Vortrag über GSI/FAIR durch Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, und Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, erhielt Ohno im Anschluss einen Einblick in die Forschungsanlagen und die Infrastruktur. Dabei spielten insbesondere bestehende Kooperationen mit japanischen Forschungseinrichtungen sowie aktuell laufende Experimente unter der Leitung japanischer Wissenschaftler*innen eine große Rolle. Der Minister erhielt die Gelegenheit, bei viele der aktuell bei GSI/FAIR arbeitenden japanische Forschenden kennenzulernen.

Im Rechenzentrum Green IT Cube, das aufgrund seiner innovativen Wasserkühlung der Rechnerschränke besonders energieeffizient ist, informierte er sich über Höchstleistungsrechnen, Experimentsimulationen, Datenauswertung und nachhaltiges Computing. Anschließend besuchte er den Experimentaufbau WASA am bestehenden GSI-Fragmentseparator, der anlässlich aktuell laufender Messungen im Rahmen der FAIR-Phase-0-Experimente in den vergangenen Monaten in Kooperation mit japanischen Wissenschaftler*innen aufgebaut und in Betrieb genommen wurde. Im Experimentierspeicherring ESR erfuhr er mehr über die atomphysikalische Forschung unter japanischer Leitung im Rahmen der ILIMA-Kollaboration von FAIR.

Auf einer Busrundfahrt über die Baustelle und einer Begehung des SIS100-Beschleunigertunnels informierte sich Ohno auch über das FAIR-Projekt und den Baufortschritt. In einer gemeinsamen Videokonferenz mit dem Forschungszentrum RIKEN wurde schließlich im Beisein des Ministers eine Zusammenarbeitsvereinbarung (Memorandum of Understanding) zwischen RIKEN, GSI und FAIR unterzeichnet. (CP)

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• News zur MoU-Unterzeichnung

Die Zusammenarbeit hat das Ziel, den Einsatz neuester Technologien für die Patientenbestrahlung mit ultra-hohen FLASH-Dosisraten zu ermöglichen. Das Thema FLASH-Bestrahlung steht aktuell weltweit stark im Fokus und ist auch ein Arbeitsschwerpunkt innerhalb der Abteilung GSI-Biophysik, die von Professor Marco Durante geleitet wird. Das FLASH-Verfahren ist eine neue, vielversprechende Möglichkeit der experimentellen Strahlentherapie. Das englische Wort Flash bedeutet Blitz; in der Strahlenmedizin geht es entsprechend um eine ultrakurze und hoch dosierte Bestrahlung. Bei der traditionellen Strahlentherapie sowie bei der Protonen- und Ionentherapie werden den Erkrankten über einen Zeitraum von einer Minute oder länger die Strahlendosen verabreicht, während FLASH-Bestrahlungen so angewandt werden, dass sie in nur wenigen hundert Millisekunden oder sogar kürzer erfolgen. FLASH könnte in Zukunft potenziell die Nebenwirkungen im gesunden Gewebe reduzieren und damit das therapeutische Fenster vergrößern. Der Vorteil von FLASH-Bestrahlungen wurde in vielen präklinischen Studien signifikant nachgewiesen, insbesondere für Elektronenstrahlung. Allerdings ist der hoffnungsträchtige Effekt aus strahlenbiologischer Sicht noch nicht vollständig verstanden.

Um eine solche FLASH-Bestrahlung durchzuführen – also eine hohe Strahlendosis in sehr kurzer Zeit zu applizieren –, müssen die klinischen Beschleuniger mit der höchsten Intensitätsstufe betrieben werden, damit sie die nötige Dosisleistung bereitstellen können. Doch hierbei gibt es eine entscheidende Herausforderung: Üblicherweise wird bei der Partikeltherapie das Rasterscan-Verfahren eingesetzt, eine Bestrahlungsmethode, bei der die Strahlen in ihrer Intensität präzise moduliert und mit schnellen Magneten exakt über den Tumor geführt werden, eine Technologie, die am GSI Helmholtzzentrum in den Neunzigerjahren entwickelt wurde. Zusätzlich wird dabei die Energie variiert, denn wie weit er ins Gewebe eindringt, hängt von der jeweiligen Energie des Strahls ab. Mit dieser Methode kann das Tumorvolumen maßgeschneidert und millimetergenau behandelt werden. Doch dieses Verfahren ist aus Zeitgründen bei der FLASH-Bestrahlung nicht möglich; eine Multi-Energie-Rasterabtastung würde viel zu lange dauern. Hier setzt die aktuelle Forschung von GSI/FAIR, THM und Varian an.

Die Beteiligten nehmen dabei die FLASH-Therapie mit Protonen in den Fokus. Ziel der Zusammenarbeit ist die Entwicklung und Validierung eines neuen klinischen Workflows. Statt des Raster-Scannings mit seinen etwa 30 bis 60 verschiedenen Energieschritten wird nur ein einziger Energieschritt verwendet. Damit die Bestrahlung trotzdem an das Tumorvolumen angepasst werden kann, wird ein sogenannter patientenindividueller 3D-Reichweitenmodulator („3D-RM“) eingesetzt, um ein vergleichbares Ergebnis – jedoch in viel kürzerer Zeit im Millisekundenbereich – zu erzielen. Dieser relativ kompakte 3D-RM wird mit hochqualitativen 3D-Druckern hergestellt, ist für die jeweilige Tumorform optimiert und besteht aus vielen pyramidenförmigen Grundstrukturen, die alle eine mikroskopisch genau definierte Form haben. Der Reichweitenmodulator wird für jeden Patienten individuell hergestellt und in der Strahlführung vorgeschaltet, bevor die Teilchen auf den Körper treffen. So kann die gewünschte Tumor-angepasste Verteilung der Dosis erfolgen. In den kommenden zwei Jahren werden die Forschungsteams mit VARIAN daran arbeiten, diesen Ablauf wissenschaftlich-technisch zu etablieren und zu optimieren.

Dr. Uli Weber, Technischer Projektleiter aus der GSI-Biophysik, ist sehr glücklich über die neue Kooperation mit Varian. „Was für mich in der Hauptsache zählt, ist die neue Modulatortechnik in die klinische Anwendung zu bringen. Und hier ist Varian der ideale Kooperationspartner, weil sie der Weltmarktführer in der Strahlentherapie sind und FLASH, sobald es sicher eingesetzt werden kann, möglichst früh in klinischen Studien mit ausgewählten Einrichtungen weiter testen wollen.“

Gemeinsam mit der wissenschaftlich-technischen Seite hat auch die GSI-Stabsstelle Technologietransfer, die von Dr. Tobias Engert geleitet wird, die neue Kooperation ausgestaltet. Das Ziel ist es, dass die innovativen Ideen und Technologien, die bei GSI/FAIR entstehen, in die Anwendung überführt werden können. Dafür bündelt die Stelle alle für den Transfer maßgeblichen Kompetenzen und Unterstützungsleistungen. Bei der aktuellen Kooperation von GSI, THM und Varian ist Technologietransfer-Managerin Dr. Alicja Surowiec für diese administrative Projekt-Koordination zuständig, Dr. Uli Weber und Dr. Christoph Schuy für die wissenschaftliche Projekt-Koordination und Durchführung bei GSI.

Seitens der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM) ist die Arbeitsgruppe von Prof. Klemens Zink verantwortlich für das Projekt. Bereits in den letzten 5 Jahren hat er gemeinsam mit seinen Doktoranden und mit Dr. Uli Weber von der GSI an der Weiterentwicklung und praktischen Umsetzung der Idee des Reichweitenmodulators gearbeitet und freut sich nunmehr, dass diese Ideen ihren Weg in die klinische Anwendung finden. Hervorzuheben sind in diesem Zusammenhang insbesondere die Arbeiten seines Doktoranden Yuri Simeonov, der die Grundlagen für den klinischen Einsatz des Modulators erarbeitet hat und für seine Arbeiten bereits mehrfach ausgezeichnet worden ist.

Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Dr. Paolo Giubellino, zeigte sich hocherfreut von der neuen Kooperation: „Wir sind sehr stolz, dass wir gemeinsam mit einem weltweit so renommierten Unternehmen wie Varian die Strahlentherapie weiter voranbringen können. Diese internationale Vereinbarung schlägt den Bogen zwischen Forschungsinstitution, Hochschule und Wirtschaft und ermöglicht damit eine äußerst fruchtbare Kooperation mehrerer starker Verbündeter. Die Förderung dieser Technologietransfer-Brücke von der Grundlagenwissenschaft zur Industrie ist eine unserer grundlegenden Aufgaben als Forschungseinrichtung. Hier kommen Expertise in Biophysik und Medizin sowie ingenieurstechnische Spitzenleistung auf vielversprechende Weise zusammen. Neue Anwendungen in der Tumortherapie sind eines der Forschungsgebiete, die von den kürzlich erhöhten Strahlintensitäten der GSI-Beschleuniger und von den unerreichten Strahlintensitäten der im Bau befindlichen FAIR-Anlage besonders profitieren können.“ (BP)

Mit der neu geschlossenen Kooperationsvereinbarung zwischen GSI und der Hochschule Worms eröffnen sich gleich zwei neue Kooperationszweige. Sowohl für die Studienrichtung Wirtschaftsinformatik als auch für den Studiengang Logistikmanagement wurden Möglichkeiten zur Innovation durch eine kooperative Zusammenarbeit ausgemacht.

Das gemeinsame Anliegen der Vertragspartner gilt dem Ausbau dualer Studienmöglichkeiten. Optimistisch schauen alle Beteiligten in die nahe Zukunft, hier Wissenstransfer in den Bereichen der dualen Bachelor Studiengänge der Wirtschaftsinformatik und des Logistikmanagements zu fördern. Bei der Zielgruppe handelt es sich um Personen, die in der Regel noch über geringe berufspraktische Erfahrungen verfügen und Studium und Praxis miteinander verbinden wollen. Es geht aber auch um frische Ideen einer Generation, die mit innovativer Technik bestens vertraut ist und ganz neue Impulse setzen kann.

„Unsere Informatik- und Logistikstudiengänge sind bei jungen Menschen derzeit stark nachgefragt und können durch die Kooperation mit dem GSI Helmholtzzentrum anwendungsnäher ausgestaltet und Theorie und Praxis noch besser verzahnt werden“, freut sich Prof. Dr. Jens Hermsdorf, Präsident der Hochschule Worms.

„Die Vernetzung mit den Hochschulen der Umgebung ist für uns ein wichtiger Faktor, um nachhaltig Nachwuchs im wissenschaftlichen, aber auch im Anwendungsbereich zu gewinnen. Die beiden dualen Studiengänge gemeinsam mit der Hochschule Worms sind dabei ein neuer Baustein, der unser bestehendes Portfolio erweitert und den jungen Menschen weitere Ausbildungsmöglichkeiten eröffnet“, sagt Dr. Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer von GSI und FAIR.

Eine Zusammenarbeit mit Perspektive und vielen Facetten

Beide Vertragspartner streben eine vertrauensvolle Zusammenarbeit an und freuen sich über diese vielversprechenden Möglichkeiten. „Ich finde das GSI Helmholtzzentrum als Partner besonders interessant, da dort Grundlagenforschung betrieben wird, und freue mich, wenn wir die künftigen Wirtschaftsinformatikerinnen und -informatiker ausbilden dürfen, die später einmal diese wichtige Grundlagenforschung von der IT und Prozessseite unterstützen werden“, ergänzt Professorin Marie-Luise Sessler aus dem Fachbereich Informatik.

„Die Sicherung der Nachwuchsgewinnung und der Entwicklung von Fachkräften insbesondere im IT-Bereich sowie in der Logistik ist uns ein großes Anliegen – die positiven Erfahrungen mit dual Studierenden und der enge Arbeitsmarkt bei den Absolvent*innen dieser beiden Studienrichtungen sind Motivation für diese Kooperation in der Region Rhein-Hessen“, erläutert Dorothee Sommer, Leiterin der GSI-Personalabteilung. „Für die Steuerung unseres Großprojekts FAIR sind die Kompetenzen beider Fachgebiete ein Schlüssel für Erfolg“.

Bei der Anbahnung zur Kooperation gelten ein besonderer Dank der GSI-Personalabteilung für die hervorragende Organisation und dem Koordinator für duale Studiengänge an der Hochschule Worms, Seyit Tokmak.

Über GSI/FAIR: Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine weltweit einzigartige Beschleunigeranlage für Ionen. Einige der bekanntesten Ergebnisse sind die Entdeckung sechs neuer chemischer Elemente sowie die Entwicklung einer neuen Krebstherapie. Zurzeit entsteht bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. Mit FAIR wird Materie im Labor erzeugt und erforscht werden, wie sie sonst nur im Universum vorkommt. Forschende aus aller Welt werden die Anlage für Experimente nutzen, um neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen, vom Urknall bis heute. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik. (Hochschule Worms/CP)

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• Pressemitteilung der Hochschule Worms

Gemeinsam mit Prof. Dr. Giubellino und Dr. Peter führte Dr. Harald Hagelskamp, Leiter der FAIR-Baustelle, Herrn Larem, seit 2021 direkt gewählter Abgeordneter für den Wahlkreis Darmstadt, und seine Wissenschaftliche Mitarbeiterin, Annika Zecher, über das Gelände der FAIR-Baustelle. Mit dem Bus erhielten sie einen Überblick über das gesamte Baufeld und die Aktivitäten im nördlichen und südlichen Baubereich.

Bei der Begehung des unterirdischen SIS100-Beschleunigertunnels und des CBM-Experiments, die beide im Rohbau fertig gestellt sind, sowie des Transfergebäudes, das den zentralen Knotenpunkt der Anlagenstrahlführung bildet, konnten die Gäste einen unmittelbaren Eindruck bezüglich der zukünftigen Forschung auf unserem Campus gewinnen. (BP)

Die Begrüßung und Eröffnung des Summits übernahmen Professor Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR und Alexander Rabe vom Eco-Verband der Internetwirtschaft. Zahlreiche Betreiber, Planende und Kunden von Rechenzentren und Serverräumen kamen bei der Veranstaltung zusammen, um sich über zukunftsweisende Themen auszutauschen und sich mit wichtigen Playern der Branche zu vernetzen. Der Internetwirtschaft wurden dabei verschiedene Strategie- und Technologie-Sessions angeboten.

Der GSI/FAIR-Forschungscampus in Darmstadt ist ein idealer Ort für eine Veranstaltung zum Thema Rechenzentren: Das Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung und der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) ist eines der leistungsfähigsten wissenschaftlichen Rechenzentren der Welt und wird enorme Rechnerkapazitäten für Experimente an den Beschleunigeranlagen von GSI und zukünftig von FAIR bereitstellen. Am Green IT Cube ist außerdem das GSI/FAIR Digital Open Lab etabliert worden. In diesem Reallabor (Test-Rechenzentrum) können Rechner- und Speichersysteme mit den jeweiligen anwendungsspezifischen Anforderungen an Leistungsfähigkeiten, zeitliche Lastverteilungen und ähnlichem und in verschiedenen Betriebsmodi und Systemkonfigurationen optimal auf ein effizientes Kühlsystem abgestimmt werden.

Das Digital Open Lab steht für Partner aus der Industrie und Forschung zur Verfügung. Zum Angebot an private und öffentliche Partner gehört beispielsweise die Bereitstellung der Infrastruktur und der IT-Kompetenzen von GSI und FAIR für gemeinsame Entwicklungsprojekte rund um das Thema HPC, Big Data und ultraschnelle Datenerfassung, unter anderem auch Software-Entwicklungen und -Produkte. Auch der Zugang zu HPC-Systemen und -Projekten für externe Partner über Kollaborations-Projekte ist möglich, ebenso ein Angebot von Leistungen im Rechenzentrum, etwa die Bereitstellung von Rackspace. Das beim Hessischen Zentrum für Künstliche Intelligenz hessian.AI derzeit im Aufbau befindliche KI-Innovationslabor beispielsweise wird mit seiner KI-Recheninfrastruktur am Green IT Cube angesiedelt werden. Dies hatte das Hessische Ministerium für Digitale Strategie und Entwicklung vor kurzem angekündigt.

Beim Data Center Expert Summit 2022 berichtete Dr. Helmut Kreiser, Leiter des Green IT Cube, über die Besonderheiten des Green IT Cube und das Digital Open Lab. Er erläuterte unter anderem, wie energieeffizient das Rechenzentrum ist und welche Aufgabe es auf dem GSI/FAIR-Campus übernimmt. Der Green IT Cube setzt Maßstäbe in der IT-Technologie und beim Thema Energiesparen: Dank eines speziellen Kühlsystems ist er besonders energie- und ressourcenschonend. Er kühlt seine Rechner mit einem innovativen Luft-Wasser-Verfahren. Dadurch entspricht der Energieaufwand für die Kühlung weniger als sieben Prozent der für das Rechnen aufgewendeten elektrischen Leistung, anstatt 30 bis zu 100 Prozent, wie es in herkömmlichen Rechenzentren mit Luftkühlung der Fall ist. Das leistungsstarke Konzept konnte schon mehrfach Preise für Innovation und Umweltfreundlichkeit gewinnen, unter anderem wurde es mit dem Umweltzeichen der Bundesregierung, dem Blauen Engel, ausgezeichnet. (BP)

Stimmen zum Data Center Expert Summit 2022

Professor Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR: „Wir freuen uns, dass diese wichtige Fachkonferenz für Rechenzentren mit ihren hochkarätigen Gästen bei uns stattfindet. Das Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube ist ein herausragendes Beispiel dafür, wie aus der Grundlagenforschung innovative, breit nutzbare Entwicklungen und neue Spitzentechnologien entstehen. Es ist ein wichtiges Ziel für uns, gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wirtschaft neue Impulse zu setzen für zukunftsträchtige Forschungs- und Entwicklungsprojekte.“

Patrick Burghardt, Digitalstaatssekretär und CIO des Landes Hessen: „Hochleistungsfähige Rechenkapazitäten sind die Grundlage für innovative Projekte und Produkte: ob in der Industrie, in der Landwirtschaft, im Gesundheitsbereich, in der Energieversorgung oder der Mobilität. Rechenzentren sind das Rückgrat der Digitalisierung. Zusammen mit gigabitfähigen Netzen und leistungsstarken Mobilfunknetzen bilden sie die Infrastruktur und das Fundament des digitalen Wandels. Weil wir uns dessen bewusst sind, haben wir den Rechenzentren ein eignes Ziel in der Hessischen Digitalstrategie gewidmet. Wir wollen die leistungsfähigen Recheninfrastrukturen in Hessen stärken und zu einem Vorreiter auf dem Feld energieeffizienter, nachhaltiger Rechenzentren und Green IT entwickeln, so dass das Hessische Datenökosystem seine enormen Anwendungspotenziale nutzbringend entfalten kann. Mit dem hessischen Rechenzentrumsbüro wollen wir im Kontakt mit den Rechenzentrumsbetreibern und den Kommunen dazu beitragen, dass innovative nachhaltige Lösungen den Fortschritt und die Zukunft des Wirtschaftsstandortes Hessen sichern.“

Weiterführende Links:

Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube

GSI/FAIR Digital Open Lab

eco Verband der Internetwirtschaft

Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung von Forschenden des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt hat zum ersten Mal Daten aus Schwerionenkollisionen, Gravitationswellenmessungen und anderen astronomischen Beobachtungen mit Hilfe modernster theoretischer Modelle kombiniert, um die Eigenschaften der dichten Materie im Inneren von Neutronensternen besser zu verstehen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht.

Überall im Universum werden Neutronensterne in Supernova-Explosionen geboren, die das Ende des Lebens massereicher Sterne markieren. Manchmal sind Neutronensterne in Doppelsternsystemen gebunden und werden schließlich miteinander kollidieren. Diese hochenergetischen, astrophysikalischen Phänomene zeichnen sich durch so extreme Bedingungen aus, dass sie die meisten schweren Elemente wie Silber und Gold erzeugen. Daher sind Neutronensterne und ihre Kollisionen einzigartige Laboratorien zur Untersuchung der Eigenschaften von Materie bei Dichten, die weit über den Dichten in Atomkernen liegen. Experimente mit Schwerionen-Kollisionen, die mit Teilchenbeschleunigern durchgeführt werden, sind eine Möglichkeit, Materie bei hohen Dichten und unter extremen Bedingungen zu erzeugen und zu untersuchen.

„Die Kombination von Erkenntnissen aus der theoretischen und experimentellen Kernphysik und astrophysikalischen Beobachtungen ist unerlässlich, um die Eigenschaften neutronenreicher Materie über den gesamten Dichtebereich, der in Neutronensternen vorkommt, zu verstehen“, erklärt Sabrina Huth, Institut für Kernphysik an der Technischen Universität Darmstadt, Erstautorin der Veröffentlichung. Peter T. H. Pang, ein weiterer Erstautor vom Institut für Gravitations- und subatomare Physik (GRASP) der Universität Utrecht, fügt hinzu: „Wir stellen fest, dass die Teilchenbeschleuniger-Daten von Goldionen-Kollisionen eine bemerkenswerte Übereinstimmung mit astrophysikalischen Beobachtungen aufweisen, obwohl sie mit völlig anderen Methoden gewonnen wurden.“

Dank der jüngsten Fortschritte in der Multi-Messenger-Astronomie konnte das internationale Team, an dem Forschende aus Deutschland, den Niederlanden, den USA und Schweden beteiligt sind, neue Erkenntnisse über die grundlegenden Wechselwirkungen in der Kernmaterie gewinnen. In einer interdisziplinären Studie haben die Wissenschaftler*innen Informationen aus Schwerionenkollisionen mit astronomischen Beobachtungen elektromagnetischer Signale, Messungen von Gravitationswellen und astrophysikalischen und kerntheoretischen Berechnungen zusammengebracht. Ihre systematische Studie kombiniert erstmals all diese Informationen und deutet auf einen höheren Druck bei mittleren Dichten in Neutronensternen hin.

Die Autor*innen haben die Informationen aus Goldionen-Kollisionsexperimenten, die am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt sowie am Brookhaven National Laboratory und am Lawrence Berkeley National Laboratory in den USA durchgeführt wurden, in ihre mehrstufige Analyse einfließen lassen, welche auf Informationen aus der theoretischen Kernphysik und astrophysikalischen Beobachtungen basiert. Dazu gehören Messungen der Masse von Neutronensternen durch Radiobeobachtungen, Informationen von der „Neutron Star Interior Composition Explorer“ (NICER) Mission auf der Internationalen Raumstation sowie Multi-Messenger-Beobachtungen von Verschmelzungen zweier Neutronensterne.

Die Einbeziehung der Daten von Schwerionen-Kollisionen in die Analysen hat zusätzliche Einschränkungen im Dichtebereich ermöglicht, wo die Kerntheorie und astrophysikalische Beobachtungen weniger sensitiv sind. Dies hat dazu beigetragen, ein vollständigeres Verständnis der dichten Materie zu gewinnen. "In Zukunft können verbesserte Daten aus Schwerionenkollisionen eine wichtige Rolle bei der Verknüpfung von Kerntheorie und astrophysikalischen Beobachtungen spielen, indem sie ergänzende Informationen liefern", sagt Dr. Arnaud Le Fèvre von GSI, Mitautor der Veröffentlichung.

Insbesondere Experimente, die höhere Dichten erforschen und gleichzeitig die experimentellen Unsicherheiten verringern, haben ein großes Potenzial, neue Hinweise auf die Eigenschaften von Neutronensternen zu liefern. Neue Informationen auf beiden Seiten können leicht in die Berechnungen integriert werden, um das Verständnis dichter Materie in den kommenden Jahren weiter zu verbessern. „Hier wird insbesondere das Experiment zur Untersuchung komprimierter Kernmaterie CBM an der neuen FAIR-Anlage eine bedeutende Rolle spielen und neue Erkenntnisse beitragen“, erläutert Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR. „CBM wird einzigartige Möglichkeiten bieten, Kernmaterie bei Dichten wie im Inneren von Neutronensternen oder Neutronensternverschmelzungen herzustellen und zu studieren.“ Das internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) befindet sich aktuell bei GSI im Aufbau. (TUD/CP)

Weitere Informationen

• Wissenschaftliche Veröffentlichung bei Nature (Englisch)
• Pressmitteilung der Technischen Universität Darmstadt
• Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik

Insbesondere wird ein gemeinsames Förderverfahren für das GET_INvolved-Programm bei GSI/FAIR etabliert. Es wird jungen Studierenden und Nachwuchsforschenden eine einmalige Gelegenheit bieten, durch technische oder wissenschaftliche Projekte mit Bezug zur GSI/FAIR-Forschung in allen Bereichen der Einrichtung zu lernen und Erfahrungen aus erster Hand zu sammeln.

Das Indian Institute of Technology Roorkee feiert derzeit Jubiläum. Seit 175 Jahren vermittelt es technische Bildung und trägt zur Weiterentwicklung in der Gesellschaft bei. Das aktuelle Abkommen ist auch ein Meilenstein für das IIT Roorkee: Es handelt sich um die 100ste Vereinbarung.

Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, sagt: „FAIR und GSI sind stolz darauf, eine Talentschmiede zu sein, und Indien ist eines der Gründungsmitglieder von FAIR. Daher freue ich mich über die Formalisierung der Zusammenarbeit zwischen dem IIT Roorkee und FAIR/GSI. Die Partnerschaft mit IIT Roorkee im Rahmen des GET_INvolved-Programms wird ein weiterer Schritt sein, um jungen Studierenden Zugang zu einer Ausbildung aus erster Hand zu verschaffen und die Entwicklung von Nachwuchsforschenden zu fördern, was ein grundlegendes Element unserer Aufgabe ist."

Professor Ajit K Chaturvedi, Direktor des IIT Roorkee, sagt: „Die Zusammenarbeit zwischen GSI/FAIR und IIT Roorkee wird den Wissensaustausch und den Aufbau von Kapazitäten zwischen den beiden Ländern beschleunigen. Die Formalisierung unserer Vereinbarung hätte zu keinem günstigeren Zeitpunkt stattfinden können als während des Besuchs unseres Premierministers in Deutschland. Ich wünsche dem GET_Involved-Programm viel Erfolg, denn es hat ein großes Potenzial als Plattform für unsere Studierenden und Fakultätsmitglieder verschiedener Fachrichtungen, die hochmoderne internationale Einrichtung zu nutzen und einen Beitrag dazu zu leisten.“ (BP)

Indien bei FAIR

Indien ist der drittgrößte Beitragszahler unter den Ländern, die als Partner am Bau der Anlage beteiligt sind und eine wichtige Rolle spielen. Indische Unternehmen werden wichtige Komponenten wie ultrastabile Stromrichter, koaxiale Stromkabel für die Stromversorgung der Magneten, Beamstopper, Ultrahochvakuumkammern und supraleitende Magnete für das FAIR-Beschleunigersystem liefern und entwickeln. Indische Wissenschaftler*innen sind auch an den Experimenten CBM und NUSTAR beteiligt. Bei CBM besteht die Hauptaufgabe der indischen Forschenden darin, ein Myon-Nachweissystem auf der Grundlage der GEM-Technologie (Gas Electron Multiplier) zu bauen. Beim NUSTAR-Experiment ist Indien am Bau eines hochauflösenden Gammastrahlenspektrometers (DESPEC Germanium Array) und eines modularen Neutronenspektrometers beteiligt. Das BOSE-Institut vertritt die Republik Indien im Council der FAIR Shareholder.

Weitere Informationen

Für weitere Informationen zum GET_INvolved Programm zwischen IIT Roorkee und GSI/FAIR können sich Interessierte an die jeweiligen Koordinatoren wenden: Professor P. Arumugam (IIT Roorkee, dean.ir@iitr.ac.in) und Dr. Pradeep Ghosh (GSI und FAIR, Pradeep.Ghosh@fair-center.eu).

Über das GET_Involved-Programm

Das GET-INvolved-Programm bietet internationalen Studierenden und Nachwuchswissenschaftler*innen aus Partnereinrichtungen die Möglichkeit, Praktika, Traineeships und erste Forschungserfahrungen zu sammeln, um sich im internationalen FAIR-Beschleunigerprojekt einzubringen und gleichzeitig eine wissenschaftliche und technische Ausbildung zu erhalten.

Ein internationales Forschungsteam unter federführender Beteiligung des Exzellenzclusters PRISMA⁺ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) hat erstmals umfassende Daten zur Suche nach dunkler Materie mit einem weltweiten Netzwerk an optischen Magnetometern veröffentlicht. Dunkle Materie-Felder sollten in den zahlreichen Stationen des GNOME Netzwerks ein charakteristisches Signalmuster erzeugen, das durch korrelierte Messungen nachgewiesen werden kann, so die Überlegung. Bei der Analyse von Daten aus einem einmonatigen Dauerbetrieb von GNOME gab es noch keinen entsprechenden Hinweis. Die Messung erlaubt aber präzise Vorhersagen von den Eigenschaften Dunkler Materie zu formulieren, wie die Forscher in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Physics“ berichten.

GNOME steht für Global Network of Optical Magnetometers for Exotic physics searches. Dahinter verbergen sich über den Globus verteilte optische Magnetometer. Mit GNOME wollen die Forscher insbesondere die Suche nach Dunkler Materie vorantreiben – eine der aufregendsten Herausforderungen der Grundlagenphysik im 21. Jahrhundert. Denn schon lange ist bekannt, dass viele rätselhafte astronomische Beobachtungen, wie die Rotationsgeschwindigkeit von Sternen in Galaxien oder das Spektrum der kosmischen Hintergrundstrahlung am besten durch Dunkle Materie erklärt werden können.

„Als einer der vielversprechendsten Kandidaten für Dunkle Materie gelten heute extrem leichte bosonische Teilchen. Zu ihnen zählen unter anderem sogenannte Axion-like Particles, kurz ALPs“, sagt Professor Dr. Dmitry Budker, Professor bei PRISMA⁺ und am HIM, einer institutionellen Kooperation der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt. „Sie können auch als klassisches Feld, das mit einer bestimmten Frequenz oszilliert, betrachtet werden. Eine mögliche, theoretisch vorhergesagte Eigenheit solcher bosonischen Felder ist, dass sie Muster und Strukturen bilden können. Im Ergebnis könnte die Dichte der Dunklen Materie in vielen verschiedenen Regionen konzentriert sein. Es könnten sich zum Beispiel diskrete Domänenwände bilden, die kleiner als eine Galaxie, aber viel größer als die Erde sind.“

„Durchdringt eine solche Wand die Erde, wird diese nach und nach durch das GNOME-Netzwerk erkannt und kann in den Magnetometern vorübergehende charakteristische Signalmuster hervorrufen“, erläutert Dr. Arne Wickenbrock, einer der Mitautoren der Studie. „Noch dazu sind die Signale miteinander in bestimmter Weise korreliert, je nachdem, wie schnell sich die Wand bewegt und wann sie den jeweiligen Standort erreicht.“

Mittlerweile besteht das Netzwerk aus 14 Magnetometern, die über acht Länder weltweit verteilt sind: Deutschland, Serbien, Polen, Israel, Südkorea, China, Australien und den USA. Neun von ihnen lieferten Daten für die aktuelle Analyse. Das Messprinzip beruht auf einer Wechselwirkung der Dunklen Materie mit den Kernspins der Atome in dem Magnetometer. Die Kernspins dieser Atome werden mit einem Laser mit einer bestimmten Frequenz angeregt und dabei alle in einer Richtung ausgerichtet. Ein potentielles Dunkle-Materie-Feld kann diese Richtung stören, was messbar ist.

Im übertragenen Sinn kann man sich vorstellen, dass die Atome in dem Magnetometer zunächst durcheinander tanzen, verdeutlicht Hector Masia-Roig, Doktorand in der Budker-Gruppe und ebenfalls Autor der aktuellen Studie. „Wenn sie die richtige Frequenz an Laserlicht „hören“, drehen sie sich alle zusammen. Dunkle Materieteilchen können die tanzenden Atome aus dem Gleichgewicht bringen. Diese Störung können wir sehr genau messen.“ Und nun wird das Netzwerk an Magnetometern wichtig: Wenn die Erde sich durch eine räumlich begrenzte Wand aus Dunkler Materie bewegt, werden nach und nach die tanzenden Atome in allen Stationen gestört. Eine dieser Stationen steht in einem Labor am Helmholtz-Institut in Mainz. „Erst wenn wir die Signale aller Stationen abgleichen, können wir beurteilen, was die Störung ausgelöst hat“, so Hector Masia-Roig. „Übertragen auf das Bild der tanzenden Atome heißt das: Wenn wir die Messerergebnisse aller Stationen vergleichen, können wir entscheiden, ob es nur ein mutiger Tänzer war, der aus der Reihe tanzt, oder tatsächlich eine weltweite Störung durch dunkle Materie.“

In der aktuellen Studie analysiert das Forschungsteam die Daten aus einem einmonatigen Dauerbetrieb von GNOME. Statistisch signifikante Signale treten in dem untersuchten Massebereich von einem Femtoelektronenvolt (feV) bis 100.000 feV nicht auf. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass die Forschenden den Bereich, in dem solche Signale der Theorie nach zu finden sein könnten, noch weiter als bisher einschränken können. Für Szenarien, die auf diskrete Dunkle-Materie-Wände setzen, ist das ein wichtiges Ergebnis, „auch wenn wir mit unserer weltweiten Ringfahndung eine solche Domänenwand bisher nicht nachweisen konnten“, so Joseph Smiga, ebenfalls Doktorand in Mainz und Autor der Studie.

Die zukünftige Arbeit der GNOME-Kollaboration wird sich darauf konzentrieren, sowohl die Magnetometer selbst als auch die Datenanalyse zu verbessern. So soll insbesondere ein Dauerbetrieb noch stabiler möglich sein. Das ist wichtig, um zuverlässig nach Signalen zu suchen, die länger als eine Stunde anhalten. Zudem sollen die bisher in den Magnetometern verwendeten Alkali-Atome durch Edelgase ersetzt werden. Unter dem Titel Advanced GNOME erwarten die Forscher dadurch für künftige Messungen eine erheblich bessere Empfindlichkeit bei der Suche nach ALPs und Dunkler Materie. (JGU/BP)

Weitere Informationen

Link zur wissenschaftlichen Veröffentlichung in Nature Physics (Englisch)

Link zur Arbeitsgruppe von Professor Budker (Englisch)

Dr. Robert Summerby-Murray (Präsident und Vizekanzler), Dr. Malcolm Butler (Vizepräsident, Lehre und Forschung), Dr. Adam Sarty (Stellvertretender Vizepräsident, Forschung), Dr. Lori Francis (Dekanin für Wissenschaft), Dr. Ian Short (Vorsitzender) und Dr. Rituparna Kanungo (Abteilung für Astronomie und Physik) vertraten die SMU Halifax. Professor Paolo Giubellino (Wissenschaftlicher Geschäftsführer), Professor Karlheinz Langanke (Forschungsdirektor), Professor Christoph Scheidenberger (Leiter Abteilung NUSTAR) und Dr. Pradeep Ghosh (Programm-Manager) waren stellvertretend für GSI und FAIR anwesend.

Ziel war es auch, den Fortschritt der Bauarbeiten und die Ergebnisse des FAIR-Forschungsprogramms FAIR-Phase 0 zu erläutern und sich darüber auszutauschen, wie die wissenschaftliche Zusammenarbeit intensiviert und jungen Forschenden, die mit der SMU Halifax verbunden sind, mehr Ausbildungs- und Forschungsmöglichkeiten geboten werden können. Während des Treffens stellte Professor Paolo Giubellino hochrangigen Gästen der SMU Halifax die FAIR-Anlage und den aktuellen Stand der Bauarbeiten durch ein eindrucksvolles Drohnenvideo im Zeitraffer von 2018 bis 2021 vor.

Professor Paolo Giubellino betonte: „Wir bei GSI/FAIR bieten jungen Köpfen die Möglichkeit, ihr Talent zu entwickeln, sich mit fortschrittlichen Technologien vertraut zu machen und sich in einem internationalen Umfeld ausbilden zu lassen, so dass sie bereit sind, einen Beitrag für die Gesellschaft insgesamt zu leisten. Wissenschaft wird von Menschen gemacht, von Köpfen. Unsere Mission ist es, ihnen die Möglichkeit zu geben, sich zu entfalten. Ich freue mich darauf, junge Forschende der SMU Halifax bei FAIR begrüßen zu dürfen.

Professor Christoph Scheidenberger hob hervor: „Seit vielen Jahren haben SMU Halifax, GSI Darmstadt und TRIUMF Vancouver eng aufeinander ausgerichtete Forschungsschwerpunkte in den Bereichen Kernreaktionen, Kernstruktur und Beschleunigerwissenschaften. Ich freue mich zu erfahren, dass die SMU Halifax und GSI/FAIR ihre kontinuierliche Zusammenarbeit formalisieren und die Möglichkeiten für Mobilität in der Forschung erweitern. Die GET_INvolved-Partnerschaftsvereinbarung wird weitere Wege bieten, damit künftige Führungskräfte eine noch qualifiziertere Ausbildung erhalten können.“

Dr. Robert Summerby-Murray sagte: „Diese neue Partnerschaft zwischen der Saint Mary’s University und unseren Kolleg*innen von GSI/FAIR steht für unser gemeinsames Engagement für internationale Forschung und Zusammenarbeit. Als Forschende verbindet uns der Wunsch, Wissen zu schaffen, Grenzen zu erkunden und der Gesellschaft die Bedeutung von Entdeckungen und Innovationen aufzuzeigen. Unsere Partnerschaft basiert auf diesen gemeinsamen Werten und unserer Erkenntnis, wie wichtig es ist, Nachwuchswissenschaftler*innen Chancen zu bieten. Gemeinsam investieren wir nicht nur in die Weiterentwicklung der wissenschaftlichen Forschung, sondern auch in den Erfolg zukünftiger Forschender. Ich gratuliere allen, die am Start dieser wichtigen Zusammenarbeit beteiligt waren.“ (BP)

Weitere Informationen

Für weitere Informationen zum GET_INvolved Programm können sich Interessierte an die jeweiligen Koordinatoren wenden: Dr. Pradeep Ghosh (GSI und FAIR, Pradeep.Ghosh@fair-center.eu) und Professorin Rituparna Kanungo (Saint Mary’s University, ritu@triumf.ca, Rituparna.Kanungo@smu.ca).

Über die Saint Mary's University

Die Saint Mary's University in Halifax, Nova Scotia, Kanada, wurde 1802 gegründet und ist national führend in der internationalen und interkulturellen Lehre und Bildung. Zu den Leitbildern der Universität gehören das Engagement in der Forschung und der Dienst an der Gemeinschaft von der lokalen bis zur internationalen Ebene. Die Universität ist ein Zentrum der Forschung zur subatomaren Physik im östlichen Kanada. Die derzeitige kernphysikalische Forschungsinfrastruktur der Universität befindet sich im kanadischen Teilchenbeschleunigerzentrum TRIUMF in Vancouver.

Über das GET_INvolved-Programm

Das GET-INvolved-Programm bietet internationalen Studierenden und Nachwuchswissenschaftler*innen aus Partnereinrichtungen die Möglichkeit, Praktika, Traineeships und erste Forschungserfahrungen zu sammeln, um sich im internationalen FAIR-Beschleunigerprojekt einzubringen und gleichzeitig eine wissenschaftliche und technische Ausbildung zu erhalten.

Bis heute wurden weltweit bereits mehrere Experimente zur Suche und Untersuchung von ganz besonderen exotischen Atomen, insbesondere von sogenannten mesischen Atomen und Hyperkernen, erfolgreich durchgeführt. Die jetzigen Experimente bauen auf einer langjährigen und intensiven Zusammenarbeit zwischen GSI und RIKEN auf, Japans größter umfassender Forschungseinrichtung, die für qualitativ hochwertige Forschung in einem breiten Spektrum moderner wissenschaftlicher Disziplinen bekannt ist.

Normale Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen, die ihrerseits aus insgesamt drei Up- und Down-Quarks zusammengesetzt sind. Sie bilden den Kern und zusammen mit den umgebenden Elektronen ein Atom. Wird eines der Quarks im Kern durch eine andere Art, ein so genanntes Strange-Quark, ersetzt, entsteht ein Hyperkern. Hyperkerne können in energiereichen Teilchenkollisionen an Beschleunigern erzeugt werden, und ihr Zerfall kann mit Experimentaufbauten wie dem WASA-Detektor und dem FRS beobachtet werden, um ihre Eigenschaften im Detail zu untersuchen. Hyperkerne sind besonders interessant, weil die derzeitigen Theorien davon ausgehen, dass sie wichtige Eigenschaften von Neutronensternen bestimmen. In ähnlicher Weise kann ein exotisches Atom entstehen, wenn die Elektronen in der umgebenden Atomhülle der Kerne durch andere geladene Teilchen ersetzt werden, wie zum Beispiel ein Meson. Ein Meson ist ein instabiles Paar aus einem Quark und einem Antiquark. Die Untersuchung dieser exotischen Atome kann einen Hinweis darauf geben, wie die Masse der Materie im Universum entsteht. WASA@FRS ermöglicht die Erzeugung und Untersuchung solcher exotischen, sehr seltenen Systeme mit sehr hoher experimenteller Empfindlichkeit und Reinheit.

Während der FRS hauptsächlich für die Trennung und Identifizierung exotischer Kerne verwendet wird, nutzt die Super-FRS-Experimentkollaboration die Vorteile seiner hohen Impulsauflösung, die im Bereich der relativistischen Protonen- und Schwerionenstrahlen weltweit einzigartig ist und somit konkurrenzlose Teilchenphysikstudien ermöglicht. Die Kombination eines hochauflösenden Impulsspektrometers mit dem „Wide Angle Shower Apparatus“ WASA, mit dem die Spuren einer großen Anzahl von Teilchen verfolgt werden können, die in energiereichen Kernkollisionen emittiert werden, öffnet die Tür zu nie dagewesenen experimentellen Möglichkeiten an der Grenze zwischen Atom-, Kern- und Hadronenphysik.

Die laufenden Experimente dienen als Pilotstudie für noch weitergehende wissenschaftliche Ziele am Super-FRS von FAIR, der sich derzeit im Bau befindet. „Die laufenden Forschungsaktivitäten werden weitgehend von japanischen Wissenschaftlern vorangetrieben. Die Kooperation mit den japanischen Forschungseinrichtungen war sehr wertvoll für GSI und wir hoffen auf eine verstärkte Fortsetzung dieser erfolgreichen Zusammenarbeit in Zukunft“, sagt Paolo Giubellino. (CP)

Der Physiker Gabriel Martínez-Pinedo hat mit seinen Arbeiten dazu beigetragen, eines der größten ungelösten Probleme der Physik im 21. Jahrhundert zu lösen: Wo produziert das Universum schwere Elemente, wie etwa die Edelmetalle Gold oder Platin? Zusammen mit anderen Wissenschaftler*innen, einschließlich Professorin Almudena Arcones aus Darmstadt, zeigte Martínez-Pinedo, dass diese Elemente bei der Verschmelzung von Neutronensternen entstehen und dass bei diesem Prozess ein eindeutiges elektromagnetisches Signal, eine Lichtkurve, erzeugt wird, für das Martínez-Pinedo und Kollegen den Begriff „Kilonova“ prägten. 2017 wurde erstmals eine solche Kilonova im Anschluss an die Detektion von Gravitationswellen durch die Verschmelzung von Neutronensternen beobachtet.

Dieser wissenschaftliche Durchbruch gilt als Geburtsstunde der Multi-Messenger-Astronomie, die ganz neue wissenschaftliche Möglichkeiten  eröffnet, um die Dynamik und Elemententstehung in Neutronensternverschmelzungen besser zu verstehen. So werden künftig die kernphysikalischen Prozesse, die bei der Verschmelzung von Neutronensternen eine wichtige Rolle spielen, nach Fertigstellung des derzeit bei GSI entstehenden internationalen Beschleunigerzentrums FAIR in Darmstadt mit unerreichter Qualität im Labor untersucht werden.

Der Hauptausschuss der DFG erkannte fünf Wissenschaftlerinnen und fünf Wissenschaftlern den Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis 2022 zu. Sie waren zuvor vom zuständigen Auswahlausschuss aus 134 Vorschlägen ausgewählt worden. Von den zehn Preisträger*innen kommen je vier aus den Geistes-und Sozialwissenschaften und den Naturwissenschaften sowie zwei aus den Lebenswissenschaften. Die Ausgezeichneten erhalten jeweils ein Preisgeld von 2,5 Millionen Euro. Diese Gelder können die Preisträger*innen bis zu sieben Jahre lang nach ihren eigenen Vorstellungen und ohne bürokratischen Aufwand für ihre Forschungsarbeit verwenden. (TUD/DFG/BP)

Verleihung der Leibniz-Preise 2022

Die Verleihung der Leibniz-Preise fand am 12. Mai 2022 vor geladenen Gästen in Bonn statt. Die Veranstaltung war zudem per Livestream auf den digitalen Kanälen der DFG zu sehen und kann noch einmal verfolgt werden unter https://www.youtube.com/user/DFGScienceTV

Porträtfilm über Gabriel Martínez-Pinedo

Anlässlich der Verleihung der Leibniz-Preise wurden Filmporträts aller Preisträger*innen erstellt.

Stimmen zur Auszeichnung für Gabriel Martínez-Pinedo

Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR: „Ich bin außerordentlich erfreut über die große Würdigung der exzellenten wissenschaftlichen Arbeit von Gabriel Martínez-Pinedo. Die Auszeichnung belegt zugleich die herausragenden Möglichkeiten in der Forschungsregion Darmstadt, bei GSI und FAIR ebenso wie an der TU Darmstadt. Mit FAIR werden wir die Perspektiven solch wegweisender Forschung noch weiter ausbauen können und weitere wichtige Pionierleistungen ermöglichen.“

Professorin Tanja Brühl, Präsidentin der TU Darmstadt: „Forschungs-Persönlichkeiten wie Gabriel Martínez-Pinedo stärken die Rolle der Technischen Universität Darmstadt und des GSI Helmholtzzentrums, die gemeinsam zu einem international herausragenden Zentrum der Kern-Astrophysik geworden sind. Wir sind stolz, dass mit Gabriel Martínez-Pinedo ein weiterer Leibniz-Preisträger das Forschungsfeld Matter and Materials der TU Darmstadt mitprägt.“

Über Gabriel Martínez-Pinedo

Gabriel Martínez-Pinedo studierte an der Autonomen Universität Madrid und promovierte dort in Theoretischer Physik. Seine weitere Laufbahn führte ihn unter anderem ans California Institute of Technology, an die Universitäten Aarhus, Basel und Barcelona. Seit 2005 arbeitet er am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, wo er nun die Theorieabteilung Nukleare Astrophysik und Struktur leitet und 2020 einer der Direktoren der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR wurde. Seit 2011 hat Martínez-Pinedo die Professur für Theoretische Nukleare Astrophysik  am Fachbereich Physik der TU Darmstadt inne. Martínez-Pinedo ist vielfach ausgezeichnet; unter anderem erhielt er 2020 einen ERC Advanced Grant für das Projekt “Probing r-process nucleosynthesis through ist electromagnetic signatures (KILONOVA)“. Er ist vielgefragter Sprecher auf internationalen Konferenzen, vertritt sein Fachgebiet in wichtigen internationalen Gremien und veröffentlicht in renommierten wissenschaftlichen Journalen. 

Über den Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis

Der Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis ist der wichtigste Forschungsförderpreis in Deutschland. Ziel des 1985 eingerichteten Leibniz-Programms ist es, die Arbeitsbedingungen herausragender Wissenschaftler*innen zu verbessern, ihre Forschungsmöglichkeiten zu erweitern, sie von administrativem Arbeitsaufwand zu entlasten und ihnen die Beschäftigung besonders qualifizierter Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu erleichtern. Der Preis ist mit bis zu 2,5 Millionen Euro dotiert. Die Förderung wird nur auf Vorschlag Dritter gewährt. Die Entscheidung über die Preisträger*innen trifft der Hauptausschuss aufgrund einer Empfehlung des Auswahlausschusses für das Leibniz-Programm. Ausgezeichnet werden können qualitativ herausragende Forscher*innen, die gemessen an dem Stadium ihres wissenschaftlichen Werdegangs exzellente grundlegende Leistungen in ihren Forschungsgebieten im internationalen und nationalen Rahmen erbracht haben und von denen in Zukunft erwartet werden kann, dass sie durch weitere wissenschaftliche Spitzenleistungen die Forschungslandschaft in Deutschland nachhaltig prägen werden. Die Verleihung des Preises ist nicht auf bestimmte Wissenschaftsbereiche beschränkt. Kriterium für eine Nominierung ist allein die wissenschaftliche Exzellenz der bisherigen Arbeit der Forschenden. Der Preis kann an Wissenschaftler*innen sowie an Forschungsteams aus allen Wissenschaftsbereichen, die an einer Forschungseinrichtung in Deutschland oder an einer deutschen Forschungseinrichtung im Ausland tätig sind, verliehen werden.

Weitere Informationen

Fotogalerie von der Preisverleihung

Mitteilung der DFG

Mitteilung der TU Darmstadt

Beide Absolventen möchten ihre berufliche Qualifikation gerne noch erweitern. „Erst einmal wurde ich bei GSI/FAIR in der Schlosserei übernommen, für die Zukunft bin ich aber an einer Meisterausbildung oder einem weiterführenden Studiengang interessiert“, berichtet Paul Döbel. Auch Merlin Weiland hat ähnliche Pläne: „Ich möchte gerne noch die weiterführende Techniker-Ausbildung absolvieren.“

„Unsere beiden Auszubildenden können sehr stolz auf diesen tollen Erfolg sein. Das Ergebnis von Herrn Döbel und Herrn Weiland ist neben ihrer hohen persönlichen Qualifikation natürlich auch ein Ergebnis der Arbeit unserer sehr kompetenten und engagierten Ausbilder*innen“, erklärte Jasmin List aus dem Bereich Personalentwicklung der GSI/FAIR-Personalabteilung. „Die Ausbildung des Nachwuchses in den bei uns auf dem Campus verorteten Fachberufen ist uns ein großes Anliegen. Alle interessierten jungen Menschen möchten wir aufrufen, sich gerne bei uns für einen Ausbildungsplatz zu bewerben.“

Bei GSI/FAIR werden aktuell 22 Auszubildende zu Anlagenmechaniker*innen, Elektroniker*innen, Industriemechaniker*innen, Kaufleute oder Konstruktionsmechaniker*innen ausgebildet. Des Weiteren gehören zwei duale Studiengänge zum Ausbildungsportfolio. Bereits im Jahr 2019 war ein Auszubildender von GSI/FAIR unter den Besten des Jahrgangs. (CP)

Weitere Informationen:

• Ausbildungsberufe bei GSI/FAIR
• Aktuelle Stellenangebote

Die Polarisation von elektromagnetischer Strahlung beschreibt, in welcher Ebene im Raum eine Welle schwingt. Während alltägliche elektromagnetische Strahlung, z.B. Sonnenlicht, unpolarisiert ist, erzeugen Laser eine polarisierte Strahlung. Das ist für eine Vielzahl von Experimenten von der Festkörperphysik bis zur Quantenoptik eine wichtige Voraussetzung.

Zusätzliche Polarisatoren, wie sie am Helmholtz-Institut Jena entwickelt werden, haben den Zweck, die Polarisationsreinheit weiter zu verbessern, aber lange Zeit konnte die Grenze von einigen 10^-10, d.h. von zehn Milliarden Photonen haben nur eine Handvoll die ungewünschte Polarisation, nicht weiter verschoben werden. Kai Schulze, Erstautor der Publikation, die nun bei Physical Review Research erschienen ist, fand 2018 heraus, dass die Divergenz der Synchrotronstrahlung, also die Auffächerung des Strahls, der Grund für diese Grenze ist. „Um eine weitere Verbesserung der Reinheit zu bekommen, musste also eine Quelle mit besserer Divergenz her“, sagt der Physiker, der am HI Jena die Arbeiten zur Vakuumdoppelbrechung leitet und mitverantwortlich für verwandte DFG-Forschungsprojekte an der Universität Jena ist. „Die Inbetriebnahme des europäischen Röntgenlasers, European XFEL, in Schenefeld bei Hamburg stellte dafür die Weichen.“

Gemeinsam mit Wissenschaftler*innen der Friedrich-Schiller-Universität Jena sowie des Helmholtz-Zentrums Dresden Rossendorf entwickelten Schulze und sein Team ein Experiment-Setup am European XFEL, das dank besonderer Polarisatorkristalle, einer sehr präzisen Justage und eines stabilen Aufbaus einen neuen Reinheitsrekord von 8×10⁻¹¹ aufstellte. Dieser neue Reinheitsrekord ermöglichte bereits eine Reihe von Experimenten zur Quantenoptik im Röntgenbereich und zur Ladungsverteilung in Festkörpern. Besonderes Interesse gilt allerdings dem Nachweis der sogenannten Vakuumdoppelbrechung.

Die Wechselwirkung von Licht mit Licht wurde bereits 1936 von Werner Heisenberg und Hans Euler beschrieben, aber bisher auf der Erde noch nicht direkt beobachtet. „Die Vakuumdoppelbrechung ist derzeit der vielversprechendste Effekt Licht-Licht-Wechselwirkung direkt nachzuweisen“, erklärt Schulze. „Dabei ändert sich die Polarisation eines Probestrahls, wenn dieser im Vakuum mit einem sehr intensiven zweiten Lichtstrahl kollidiert. Das Vakuum wirkt somit wie ein doppelbrechender Kristall, der ebenfalls die Polarisation beeinflusst; daher der Name. Der Effekt ist extrem klein, wächst jedoch mit kleiner werdender Wellenlänge des Probestrahls. Präzise Polarisatoren im Röntgenbereich bieten daher ein gutes Werkzeug, um den Effekt nachzuweisen.“

Das High-Energy-Density-Instrument am European XFEL werde künftig die idealen Bedingungen für solch ein Experiment bieten, erklärt Schulze weiter. Und das Forschungsteam hat nun ein Setup, mit dem kleinste Polarisationsänderungen messbar sind. Der Nachweis der Vakuumdoppelbrechung würde nicht nur die Fundamente der Quantenelektrodynamik weiter untermauern, sondern, falls Abweichungen von den theoretischen Erwartungen auftauchen, auch Hinweise auf bisher unbekannte Elementarteilchen geben (wie Axionen, oder Millicharged Particles). „Wir hoffen in den nächsten Jahren die ersten Versuche zum Nachweis starten zu können.“

Auch für zukünftige Experimente am Teilchenbeschleunigerzentrum FAIR wäre ein Nachweis des Phänomens interessant. „Wenn es uns gelingt die Vakuumdoppelbrechung zu vermessen, wird dies helfen die Messdaten von FAIR zu interpretieren. Dort wird u.a. die Vakuumpolarisation eine Rolle spielen, die eng mit der Vakuumdoppelbrechung verknüpft ist“, so Schulze. (LW)

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Originalveröffentlichung: Towards perfectly linearly polarized x-rays, Physical Review Research

Nach einer einführenden Präsentation über den Stand des FAIR-Projektes, die Campus-Entwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuelle Experimente fand ein Rundgang über die FAIR-Baustelle und durch die Forschungseinrichtungen bei GSI/FAIR statt. Ein Höhepunkt dabei war die Begehung des unterirdischen Beschleunigertunnels. Der zentrale Ringbeschleuniger SIS100 wird das Herzstück der FAIR-Anlage sein. Außerdem besichtigten die Gäste das zentrale Kreuzungsbauwerk, der entscheidende Knotenpunkt für die Anlagenstrahlführung, das derzeit über mehrere Geschosse gebaut wird.

Ein weiterer wichtiger Fokus waren die eigens für FAIR entwickelten Hightech-Komponenten. Die Gäste besichtigten die Testing-Halle, in der neue FAIR-Komponenten aufgebaut und überprüft werden. Besucht wurden außerdem das energieeffiziente Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube. Es gehört zu den führenden wissenschaftlichen Rechenzentren der Welt. Es setzt neue Maßstäbe in der IT-Technologie und beim Thema Energiesparen. (BP)
 

Nach einer Begrüßung durch die organisierende Abteilung für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit und den stellvertretenden Leiter der Personalabteilung, Mathias Mauer, ging es für die Mädchen zunächst auf eine begleitete Entdeckungsreise zu einigen Stationen auf dem Campus. Sie warfen einen Blick in den Experimentierspeicherring ESR, besuchten den Behandlungsplatz für die Tumortherapie mit Kohlenstoffionen und bestaunten den großen Messaufbau HADES. Auch die Begehung der Aussichtsplattform auf die Großbaustelle für den zukünftigen FAIR-Beschleuniger gehörte zum Programm.

Im Anschluss erfuhren die Mädchen in Kleingruppen mehr über einzelne Arbeitsbereiche auf dem Campus. Dazu gehörten neben der Forschungsarbeit in Materialforschung, Atomphysik und am ALICE-Experiment auch zahlreiche Infrastruktureinrichtungen wie das Targetlabor, die Kryogenik, die mechanische Werkstatt und die IT. In einem speziellen FAIR-Bauangebot konnten einige der Mädchen auch einen Einblick in die Bautätigkeit auf der Großbaustelle gewinnen und Bagger, Kräne und sehr viel Beton aus der Nähe kennenlernen.

„Wir haben uns sehr gefreut, dass es die Pandemiesituation dieses Jahr erlaubt hat, die Veranstaltung wieder vor Ort durchzuführen“, erläutert Organisatorin Carola Pomplun, die selbst Physikerin ist und in der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit von GSI und FAIR arbeitet. „Letztes Jahr hatten wir eine sehr erfolgreiche Online-Veranstaltung anlässlich des Girls’Day, aber es ist sowohl für die Betreuer*innen als auch für die Teilnehmerinnen doch etwas anderes, wenn man in den persönlichen Kontakt treten, die Arbeit ‚live‘ sehen und direkte Fragen stellen und beantworten kann. Viele Gruppen haben auf dem Campus etwas Kleines gebaut oder hergestellt, das zum Teil auch mit nach Hause genommen werden kann. Das Angebot haben die Mädchen rege wahrgenommen und unsere Plätze waren innerhalb kurzer Zeit ausgebucht.“

„Neben der Möglichkeit, im Rahmen eines wissenschaftlichen Studiums, beispielsweise für Bachelor-, Master- oder Promotionsarbeiten, bei GSI/FAIR tätig zu werden, bieten wir auch Ausbildungsplätze in sieben Berufen sowie duale Studiengänge bei uns an,“ sagt Mathias Mauer. „Wenn es den Mädchen hier bei uns gefallen hat, möchte ich sie herzlich dazu auffordern, sich dafür, oder auch für ein Praktikum, bei uns zu bewerben.“

Der Girls’Day ist ein bundesweiter Aktionstag. Unternehmen, Hochschulen und andere Einrichtungen in ganz Deutschland öffnen an diesem Tag ihre Türen für Schülerinnen ab der 5. Klasse. Die Mädchen lernen dort Ausbildungsberufe und Studiengänge in IT, Handwerk, Naturwissenschaften und Technik kennen, in denen Frauen bisher eher selten tätig sind. GSI und – seit der Gründung – auch FAIR beteiligen sich bereits seit den Anfängen des Girls’Day an der jährlichen Veranstaltung. (CP)

Weitere Informationen

Webseite des bundesweiten Aktionstags "Girls'Day"

GSI und FAIR haben mit dem Green IT Cube ein sehr energieeffizientes und nachhaltiges Rechenzentrum, dessen Technologie auf der Kaltwasserkühlung der Computerschränke (sogenannte Racks) und der Weiterverwendung der abgeführten Wärme basiert. Dadurch entspricht der Energieaufwand für die Kühlung weniger als sieben Prozent der für das Rechnen aufgewendeten elektrischen Leistung, anstatt 30 bis zu 100 Prozent, wie es in herkömmlichen Rechenzentren mit Luftkühlung der Fall ist. Ursprünglich als umweltfreundliche Lösung zur Beherbergung der Rechenkapazität für den sich im Aufbau befindenden FAIR-Beschleuniger geplant, hat sich in der Zwischenzeit erhebliches Interesse aus ganz unterschiedlichen Bereichen der Forschung und Industrie gezeigt.

„Die Förderung wird es uns ermöglichen, Forschungs- und Entwicklungsprojekte zu nachhaltigerem Betrieb von Rechenzentren, auch gemeinsam mit Industriepartnern, durchzuführen und dabei Synergien zu nutzen. Die Wirtschaftspartner bringen ihr Knowhow und ihr Innovationspotential ein“, sagt Professor Paolo Giubellino, der Wissenschaftliche Geschäftsführer von FAIR und GSI. „Auch besteht für Partner aus dem wissenschaftlichen Umfeld mit dem Ausbau die Möglichkeit, unseren Rechenzentrumsplatz für ihre eigene Forschungsarbeit zu verwenden. Vor wenigen Tagen erst hat das Hessische Ministerium für Digitale Strategie und Entwicklung angekündigt, dass das Hessische Zentrum für Künstliche Intelligenz hessian.AI den Platz in unserem Rechenzentrum für den Aufbau eines KI-Innovationslabors nutzen wird.“

Die Projektmittel sind Teil des Programms REACT-EU (Recovery Assistance for Cohesion and the Territories of Europe), das die Europäische Kommission über die Bundesländer ausschüttet. Gefördert werden Projekte zu direkter Covid-19-Pandemiebekämpfung und für die Stärkung der Nachhaltigkeit. Das Land Hessen nutzt die Mittel unter anderem für den Ausbau von Forschungs- und Infrastruktureinrichtungen an Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen. „Es handelt sich zwar um eine Förderung mit einem äußerst geringen Eigenanteil, aber die Mittel müssen in einem relativ kurzen Zeitraum verausgabt werden“, erklärt Dr. Arjan Vink, Leiter der GSI/FAIR Drittmittelstelle.

Bis zum Ende des Jahres werden zwei zur Verfügung stehende Etagen des Green IT Cube mit der nötigen Strom- und Wasserkühlungsversorgung ausgestattet, sowie eine dieser Etagen mit insgesamt 128 Racks bestückt. Interessierte Partner, wie beispielsweise hessian.AI (über die Technische Universität Darmstadt), können ihre Rechnersysteme im Anschluss in die Racks einsetzen und sie auf dem GSI/FAIR-Campus betreiben. Eine vergleichbare Vereinbarung besteht bereits mit der Hochschule Darmstadt, die mehrere der bestehenden Racks nutzt. Mit weiteren Interessenten wurden bereits Verhandlungen aufgenommen.

Um in die Kommunikation mit den interessierten Partnern zu treten, wurde durch die Stabsstelle Technologietransfer von GSI und FAIR das Digital Open Lab als Umgebung für die Entwicklung, Erprobung und das Upscaling von energieeffizienten Hochleistungsrechnern bis zum Maßstab industrieller Demonstratoren etabliert. Es bietet Partnern die Bereitstellung der Infrastruktur und die hauseigenen IT-Kompetenzen für gemeinsame Entwicklungsprojekte, Zugang zu den GSI/FAIR-High-Performance-Rechnersystemen sowie Rackspace für eigene Systeme an und stellt ein Reallabor zur Verfügung, das zukünftigen Forschungs- und Entwicklungsprojekten und der Bereitstellung für Drittmittelprojekte gewidmet ist.

Die Förderung des Green IT Cube im Speziellen kann dazu beitragen, Zukunftstechnologien zu stärken und die Infrastruktur für eine Steigerung des Innovationspotentials bereitzustellen. Die Förderung ermöglicht auch die Beschaffung und Erprobung neuartiger, noch wenig etablierter Systeme, die einen besonders nachhaltigen Rechenzentrumsbetrieb mit geringem Energieverbrauch ermöglichen könnten. Die Forschung und Entwicklung an solchen Systemen soll einen Beitrag zu effizienten und energiesparenden Rechenclustern in der Zukunft leisten.

Ursprünglich nutzen Wissenschaftler*innen den Green IT Cube, um Simulationen durchzuführen und Detektoren für FAIR zu entwickeln. Außerdem werten sie Messdaten von Experimenten an den Beschleunigeranlagen von GSI und in Zukunft von FAIR aus, mit denen sie grundlegende Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen. Das effektive Kühlverfahren ermöglicht es, die Rechner im Green IT Cube platzsparend unterzubringen. Zurzeit sind zwei von sechs Stockwerken mit einer maximalen Kühlleistung von vier Megawatt ausgebaut. Im Endausbau wird der Green IT Cube eine Kühlleistung von zwölf Megawatt erreichen können. Durch die gleichzeitige Energie- und Platzersparnis ist er sehr kosteneffizient. Mit der Server-Abwärme des Green IT Cubes wird darüber hinaus auf dem GSI-Campus bereits heute ein modernes Büro- und Kantinengebäude beheizt. Das leistungsstarke Konzept konnte schon mehrfach Preise für Innovation und Umweltfreundlichkeit gewinnen, unter anderem wurde es mit dem Umweltzeichen der Bundesregierung, dem Blauen Engel, ausgezeichnet. (CP)

Weitere Informationen:

• Pressemitteilung des Hessischen Ministeriums für Digitale Strategie und Entwicklung
• Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube
• GSI/FAIR Digital Open Lab

_{Dieses Projekt wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung als Teil der Reaktion der Union auf die COVID-19-Pandemie finanziert.}

Zu der Delegation gehörten außer dem Minister und studierten Mathematiker Professor Mikheil Chkhenkeli noch Levan Diasamidze, georgischer Generalkonsul in Frankfurt, Nikoloz Chkhetiani, Vorsitzender des Stiftungsrats der internationalen Wohltätigkeitsstiftung Cartu, Vakhtang Tsagareli, Direktor für Projektmanagement und Betrieb bei der internationalen Wohltätigkeitsstiftung Cartu und Professor Alexander Tevzadze, Rektor der Internationalen Universität Kutaisi (KIU, Kutaisi International University). Teilnehmende von GSI und FAIR waren Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer, Dr. Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer, Dr. Ingo Peter, Leiter der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, Professor Marco Durante, Leiter der Abteilung Biophysik, Professor Christian Graeff, stellvertretender Leiter der Abteilung Biophysik, Dr. Christian-Joachim Schmidt, Leiter des Detektorlabors und Dr. Irakli Keshelashvili, Wissenschaftler im Detektorlabor.

Ein wichtiger Gegenstand des Besuchs war der Ausbau der wissenschaftlichen Beziehungen. Dazu gehörten die Intensivierung und Erweiterung der Zusammenarbeit im Bereich der Partikeltherapie mit Ionen und Protonen als auch bei der Detektor- und IT-Technologie. Möglichkeiten einer georgischen Beteiligung am FAIR-Projekt wurden bei dem hochrangigen Besuch ebenfalls ausgelotet und diskutiert. Auch die Förderung des internationalen Nachwuchses, etwa durch gezielte Austausch- und Studierendenprogramme wie das sehr erfolgreich bei GSI/FAIR laufende GET_INvolved-Programm war ein wichtiges Thema. Die Gäste zeigten sich beeindruckt von der Weltklasse-Forschung und dem großen Zukunftspotenzial von GSI/FAIR und brachten ihren Wunsch nach künftigen Kooperationen zum Ausdruck.

Zum breit angelegten zweitägigen Programm für die georgischen Besucher gehörte zunächst eine einführende Präsentation über das FAIR-Projekt, die Campus-Entwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuellen Experimente des FAIR-Phase-0-Programms. Außerdem konnten sich die Gäste von der Aussichtsplattform einen Überblick in die aktuellen FAIR-Bauaktivitäten auf dem 20 Hektar großen Baufeld östlich des bestehenden GSI- und FAIR-Campus verschaffen.

Die Testeinrichtung, in der supraleitende Hightech-Beschleunigermagnete (Series Test Facility, STF) für FAIR geprüft werden, gehörte ebenfalls zu den Besichtigungsstationen. Auf dem Programm standen außerdem der Behandlungsplatz für die Tumortherapie, das Detektorlabor und das energieeffiziente Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube. (BP)

Im Rahmen der ALICE-Masterclass konnten 13 Schüler*innen einen Einblick in die wissenschaftliche Arbeit und die Datenauswertung bekommen. Unter fachkundiger Begleitung durch die Wissenschaftler*innen werteten sie selbst Messdaten des ALICE-Experiments aus und diskutierten ihre Ergebnisse in einer gemeinsamen Videoschaltung mit anderen Teilnehmenden. Auch ein virtueller Besuch des ALICE-Messaufbaus am CERN gehörte zum Tagesprogramm.

ALICE ist eines der vier Großexperimente am Kollisionsbeschleuniger LHC des Forschungszentrums CERN in Genf und beschäftigt sich insbesondere mit Schwerionenstößen von Bleiatomkernen. Wenn im LHC Blei-Atomkerne mit unvorstellbarer Wucht aufeinandertreffen, entstehen Bedingungen wie in den ersten Augenblicken des Universums. Bei den Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma – ein Materiezustand, wie er im Universum kurz nach dem Urknall vorlag. Dieses Plasma wandelt sich in Bruchteilen von Sekunden wieder in normale Materie um. Die dabei produzierten Teilchen geben Aufschluss über die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas. So können die Messungen in die Geburtsstunde des Kosmos blicken und Informationen über die Grundbausteine der Materie und ihre Wechselwirkung enthüllen.

Die Verbindung zwischen GSI und ALICE ist traditionell sehr eng: Die zwei großen ALICE-Detektorsysteme Zeitprojektionskammer (TPC) und Übergangsstrahlungsdetektor (TRD) wurden unter wesentlicher Beteiligung von GSI-Mitarbeitenden der ALICE-Abteilung und des Detektorlabors entwickelt und aufgebaut. Heute fokussieren sich Wissenschaftler*innen beider Abteilungen auf die TPC, die das Herzstück für die Spurenrekonstruktion im zentralen ALICE-Barrel-Aufbau darstellt und auch für die Teilchenidentifikation unverzichtbar ist. Wissenschaftler*innen der GSI-IT-Abteilung tragen wesentlich zur neuen Datenaufnahme- und Analysesoftware O2 bei, und das GSI-Rechenzentrum ist ein fester Bestandteil des Computernetzwerks für die Datenauswertung des ALICE-Experiments.

Die Masterclasses werden unter der Schirmherrschaft der IPPOG (International Particle Physics Outreach Group) organisiert, deren assoziiertes Mitglied GSI ist. Jedes Jahr nehmen mehr als 13.000 Schüler aus 60 Ländern für einen Tag an einer Veranstaltung der rund 225 nahe gelegenen Universitäten oder Forschungszentren teil, um die Geheimnisse der Teilchenphysik zu entschlüsseln. Alle Masterclasses in Deutschland finden in Zusammenarbeit mit dem Netzwerk Teilchenwelt statt, zu dem auch GSI/FAIR gehört. Ziel des bundesweiten Netzwerks zur Vermittlung von Teilchenphysik an Jugendliche und Lehrkräfte ist es, die Teilchenphysik einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen. (CP)

Weitere Informationen:

• Webseite der IPPOG-Masterclasses (Englisch)
• Webseite des Netzwerks Teilchenwelt (German)

Unter der Federführung der Universität Bochum wollen die Forschenden des NRW-FAIR-Netzwerks die wissenschaftliche Arbeit an FAIR, der Facility for Antiproton and Ion Research in Darmstadt, maßgeblich mitgestalten. Ab August 2022 wird das Netzwerk dafür mit rund 16,5 Millionen Euro, ausgelegt auf vier Jahre, von der Landesregierung Nordrhein-Westfalen gefördert.

Am Netzwerk NRW-FAIR sind neben der Universität Bochum, die Universität Bonn, das Forschungszentrum Jülich und die Universität Münster und die Universität Wuppertal sowie das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung beteiligt. Außerdem ist eine Ausweitung des Netzwerkes auf die Universitäten Bielefeld und Köln bereits angedacht.

Die Förderung des NRW-FAIR-Netzwerks unterstreicht die Relevanz des FAIR-Wissenschaftsprogramms. Ein Schwerpunkt der beteiligten Universitäten sind die Forschungssäulen PANDA und CBM. „Wir freuen uns, dass sich diese renommierten Universitäten zusammenschließen, um ihre Beteiligung an FAIR zu verstärken“, sagt Professor Paolo Giubellino, wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI/FAIR. „Das NRW-FAIR-Netzwerk wird unsere Zusammenarbeit deutlich intensivieren und uns helfen, die grundlegende Mission unseres Labors zu erfüllen: Wissenschaftler*innen in Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt die Möglichkeit zu geben, herausragende Forschung zu betreiben."

Die langjährige Zusammenarbeit von GSI/FAIR und den nordrhein-westfälischen Universitäten spiegelt sich in den bereits bestehenden engen Kooperationen wieder. Die Universitäten sind sowohl an der Bearbeitung von wissenschaftlichen Fragestellungen für FAIR als auch an der Entwicklung von Experimenttechnologie für FAIR beteiligt.

Ziel des gesamten Förderprogramms des Landes Nordrhein-Westfalen ist es, bereits bestehende themenbezogene und standortübergreifende Forschungsnetzwerke von Universitäten, Hochschulen für Angewandte Wissenschaften und außeruniversitären Forschungseinrichtungen nachhaltig zu stärken, diese auszubauen und ihre Sichtbarkeit und internationale Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen. (LW)

Mehr Informationen

Pressemitteilung des Landes Nordrhein-Westfalen

Pressemitteilung der Ruhr-Universität Bochum
 

Die Hochschule Darmstadt (h_da), als Repräsentantin der „European University of Technology“ (EUt+), sowie das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und das Beschleunigerzentrum FAIR haben gestern einen Vertrag zur vertiefenden Zusammenarbeit unterzeichnet. Das Programm „GET_INvolved“ bietet Studierenden und Forschenden dauerhaft die Möglichkeit, Praktika und Forschungsaufenthalte bei GSI/FAIR zu absolvieren. Es steht allen Studierenden und Forschenden – vor allem Promovierenden – von EUt+-Hochschulen offen. Der Vertrag wurde gestern an der h_da von Prof. Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR sowie h_da-Präsident Prof. Dr. Arnd Steinmetz unterzeichnet.

Bis zu 10 Studierende und Promovierende pro Jahr werden künftig von der neuen Kooperation profitieren: Sie werden für Kurzzeit-Praktika oder mehrjährige Forschungsaufenthalte im Umfeld der Spitzenforschung bei GSI/ FAIR lernen und arbeiten können. GSI/FAIR stellt Studierenden und Promovierenden unter anderem feste Mentorinnen und Mentoren und hilft nach Bedarf bei der Suche nach Unterkünften für die Dauer des Aufenthalts. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer des Programms können darüber hinaus an Veranstaltungen von GSI/FAIR teilnehmen. Hierzu zählen Symposien und Vorlesungen sowie das Sommer-Programm der GSI für Studierende.

Für die Auswahl bilden die Partner eine gemeinsame Jury. Praktika können zwischen 3 und 6 Monate dauern und erfordern mindestens einen Bachelor-Abschluss. Wer sich um einen Forschungsaufenthalt bewerben will, muss einen Abschluss auf Master-Niveau mitbringen, promovieren oder mehr als zwei Jahre Erfahrung in der Forschung nachweisen. Solche Aufenthalte können bis zu zwei Jahre dauern.

„Die kommenden Jahre sind von entscheidender Bedeutung, um das Forschungsprogramm an FAIR als eines der besten wissenschaftlichen Labors der Welt zusammen mit der breiten internationalen FAIR-Wissenschaftsgemeinschaft weiter zu optimieren”, sagt Prof. Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR. „FAIR/GSI ist eine Talentschmiede, und im Rahmen des GET_INvolved-Programms werden junge Studierende und Forschende an der Hochschule Darmstadt und EUt+-Hochschulen in sieben europäischen Ländern während ihrer Ausbildung erheblich vom Fachwissen und der Expertise der FAIR-Wissenschaftsgemeinschaft profitieren.”

Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR: „Die Hochschule Darmstadt und die European University of Technology Alliance (EUt+) sind ideale Partner für FAIR/GSI. Mit ihrem Erfindungsreichtum verschieben unsere Forschenden sowie Ingenieur*innen die Grenzen der Technologie immer weiter. Ich freue mich sehr über die Partnerschaft im Rahmen des GET_INvolved-Programms, das jungen, brillanten Ingenieur*innen der Kooperationspartner die Möglichkeit bietet, in einer der größten Forschungsanlagen der Welt Erfahrungen aus erster Hand zu sammeln.”

 „Die neue Kooperation mit GSI/FAIR eröffnet unseren Studierenden und jungen Forschenden der ganzen EUt+ ganz neue Möglichkeiten. Es ist ein bedeutender weiterer Schritt für die h_da und zeigt unseren Stellenwert als Partner in der Wissenschaftslandschaft“, sagt h_da-Präsident Prof. Dr. Arnd Steinmetz. (HDA/LW)

Weitere Informationen

Die Einzelheiten des Bewerbungsverfahrens für Studierende und Forscher, die sich für das h_da/EUt+ und GSI/FAIR GET_INvolved-Programm interessieren, werden in Kürze veröffentlicht. Weitere Informationen zum GET_INvolved-Programm finden Sie auf den Programmseiten der h_da/EUt+ und GSI/FAIR Websites. Für unmittelbare Fragen wenden Sie sich bitte an Dr. Jorge Medina, Koordinator EUt+ unter coordinator-eutplus(at)h-da.de oder Dr. Pradeep Ghosh, Programmkoordinator auf Seiten der GSI/FAIR unter Pr.Ghosh(at)gsi.de.

Hintergrund

Die Hochschule Darmstadt (h_da) und GSI/FAIR kooperieren bereits seit längerer Zeit auf vielen Ebenen. Seit 2014 existiert ein ähnlicher Vertrag im Bereich Praktika und Forschungsaufenthalte. Dieser wird mit „GET_INvolved“ deutlich ausgeweitet – unter anderem auf alle Studierenden und Forschenden im EUt+-Verbund.

Über die „European University of Technology“ (EUt+)

EUt+ steht für „European University of Technology“ und ist ein Vorhaben der h_da mit sieben Partnerhochschulen aus ganz Europa. Die Europäische Kommission fördert den Zusammenschluss im Rahmen der European Universities Initiative - eine Initiative zur Stärkung des europäischen Bildungsraums. Die Hochschulen wollen langfristig Stück für Stück enger zusammenwachsen. EUt+ erleichtert es Studierenden, einen Teil ihres Studiums an einer der Partner-Hochschulen zu verbringen. Auch wird die Mobilität der Beschäftigten sowie Zahl und Volumen gemeinsamer Forschungsprojekte erhöht. Die European University of Technology vereint 100.000 Studierende und 12.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Die beteiligten Institutionen verbindet ein Schwerpunkt auf Technik, der die Bedürfnisse von Mensch und Umwelt zentral im Blick hat.

Über GSI/FAIR

Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine weltweit führende Beschleunigeranlage für Forschungszwecke. Bei GSI arbeiten rund 1.600 Mitarbeitende. Darüber hinaus kommen jedes Jahr rund 1.000 Forschende von Universitäten und anderen Forschungsinstituten aus aller Welt zur GSI. Sie nutzen die Anlage für Experimente, um neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik. GSI ist eine Gesellschaft mit beschränkter Haftung (GmbH). Anteilseigner Gesellschafter sind die Bundesrepublik Deutschland mit 90 %, das Land Hessen mit 8 %, sowie das Land Rheinland-Pfalz und der Freistaat Thüringen mit jeweils 1 %. GSI ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, Deutschlands größter Forschungsorganisation. Bei GSI entsteht derzeit FAIR, eine internationale Beschleunigeranlage für die Forschung mit Antiprotonen.

Weblinks

GET_INvolved Programm
GSI und FAIR
European University of Technology
Hochschule Darmstadt

Die FAIR-Beschleunigeranlagen werden Teilchenstrahlen von noch nie dagewesener Intensität und Präzision liefern, die es den Forschenden ermöglichen, einzigartige Experimente durchzuführen, um neue Erkenntnisse über die Struktur der Materie und die Entwicklung des Universums vom Urknall bis zur Gegenwart zu gewinnen. Daher ist ein integriertes Kontrollzentrum auf dem neuesten Stand der Technik erforderlich, um die äußerst komplexe Beschleunigeranlage zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungsaufgaben werden von einem spezialisierten Team für den Beschleunigerbetrieb wahrgenommen, das hochentwickelte Software-Tools einschließlich KI-basierter Prozesse einsetzt. Der künftige Main Control Room (MCR) ist deutlich größer als der bestehende Hauptkontrollraum der GSI-Anlage, der zwar geeignet ist, die GSI-Anlagen zu bedienen, jedoch zusätzliche räumliche und technische Anforderungen für FAIR nicht mehr erfüllen könnte. Die FAIR-Anlage ist rund viermal so groß wie die bestehende GSI-Anlage und ermöglicht die Realisierung einer deutlich größeren Anzahl an Experimenten. Zudem erhöht sich mit FAIR der Parallelbetrieb der Experimente.

Zusätzlich zum neuen Hauptkontrollraum werden in dem Gebäude mehr als 200 neue wissenschaftliche Büroarbeitsplätze geschaffen sowie Besprechungsräume für Experimentkollaborationen und eine Besuchsgalerie. Das fünfgeschossige, teilunterkellerte FAIR Control Center verfügt über eine Brutto-Geschoss-Fläche von insgesamt rund 6000 Quadratmeter.

Parallel zur jetzt erfolgten Grundsteinlegung ist das wissenschaftliche Programm von FAIR bereits in der ersten Umsetzung, der sogenannten „FAIR-Phase-0“. Dabei nutzen die Forschenden die GSI-Beschleunigeranlagen, die für ihren späteren Einsatz als Vorbeschleuniger für FAIR wesentlich verbessert wurden und noch weiter technisch aufgerüstet werden. Dank der von den großen internationalen FAIR-Kollaborationen bereits entwickelten Detektoren und Instrumentierungen sowie der verbesserten Teilchenbeschleuniger ist es schon heute möglich, physikalisches Neuland zu betreten.

Bei der Grundsteinlegungszeremonie überbrachten hochrangige Vertreter*innen aus der Politik, sowohl aus der Bundesregierung als auch aus dem Bundesland, ebenso wie aus der Wissenschaft und der Baubranche Grußworte und legten symbolisch den Grundstein für das FCC. Der wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, hob das große Potenzial, das FAIR für die Forschung weltweit bietet, hervor: „FAIR eröffnet unter Einbeziehung einer weltweiten Community auf Jahrzehnte hinaus herausragende Forschung. Mit der FAIR-Anlage werden Forschende aus der ganzen Welt in der Lage sein, Schlüsselfragen über die Struktur des Universums zu untersuchen, indem sie die fundamentalen Prozesse im Labor erzeugen, aber auch Anwendungen etwa in Medizin, Materialforschung und IT voranzutreiben. FAIR ist zugleich ein idealer Ausbildungsort für die nächsten Generationen von Wissenschaftler*innen und Ingenieur*innen. Schon das aktuelle Forschungsprogramm FAIR-Phase 0 bietet hervorragende Forschungsprogramme; in den kommenden Jahren wird FAIR schrittweise in Betrieb gehen und einzigartige Möglichkeiten für Wissenschaft und Technologie eröffnen.“ (BP)

Stimmen zur Grundsteinlegung

Bettina Stark-Watzinger, Bundesministerin für Bildung und Forschung, sagte: „Der Aufbau von FAIR unterstreicht Deutschlands herausragende Stellung in der physikalischen Grundlagenforschung. Mit dem Bau solcher Einrichtungen investieren wir in die Zukunft unseres Landes. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt FAIR, damit es sich zu einem Magneten für die weltweit besten Wissenschaftler entwickeln kann. Mit der Grundsteinlegung haben wir heute gemeinsam mit Hessen einen weiteren wichtigen Schritt dazu getan.“

Angela Dorn, Hessische Ministerin für Wissenschaft und Kunst, betonte: „Mit FAIR entsteht eine weltweit einzigartige Anlage, die auch für die hessische Forschungslandschaft von herausragender Bedeutung ist. Mit dem Teilchenbeschleuniger wird es möglich sein, den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute zu erforschen. Es geht um Grundlagenwissen, darum, was die Welt im Innersten zusammenhält, ebenso wie um die Entwicklung neuartiger Anwendungen für Technik und Medizin. Die internationale Zusammenarbeit der weltweiten Forschungsgemeinschaft bei diesem Projekt ist eine wichtige Grundlage für ihren Erfolg, birgt angesichts der aktuellen Weltlage aber auch Herausforderungen. Wir begrüßen, dass das Council von FAIR sich konstruktiv mit ihnen auseinandersetzt, um diese herausragende wissenschaftliche Anlage zu realisieren.“

Michael Boddenberg, Hessischer Minister der Finanzen, unterstrich: „Die Grundsteinlegung für das FAIR Control Center schafft die Basis für bahnbrechende wissenschaftliche Erkenntnisse. Es bildet die Schnittstelle zum internationalen FAIR-Projekt und wird unseren Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort durch Spitzenforschung nachhaltig stärken. Gemeinsam mit dem Bund und in Kooperation mit den internationalen Partnern hat die Hessische Landesregierung den Forschungsbetrieb von GSI und den Aufbau von FAIR stets unterstützt. Ich möchte allen Beteiligten des Projekts danken, die dazu beigetragen haben, dass wir heute diesen wichtigen Baufortschritt gemeinsam feiern können.“

Jochen Partsch, Oberbürgermeister der Wissenschaftsstadt Darmstadt, hob hervor: „Das wegweisende FAIR-Control-Center-Vorhaben bestätigt unsere Standortqualitäten als wichtigen Anlaufpunkt der internationalen Forschungsspitze und wird Forschung und Wissenschaft in eine neue Dimension katapultieren. Ich bin stolz darauf miterleben zu können, dass die Wissenschaftsstadt Darmstadt die Tür zum Universum weiter öffnet und die einmalige Möglichkeit bietet Spitzenforschung zu betreiben.“

Volker Pohlschmidt, Geschäftsführer der Bauunternehmung Karl Gemünden GmbH & Co. KG, sagte: „Als ausführendes Rohbauunternehmen für den Bau des FAIR Control Centers FCC bedanken wir uns für die Möglichkeit, an diesem zukunftsträchtigen Bauwerk mitwirken zu können. Wir schätzen uns sehr glücklich, dass die öffentliche Hand auf unser Leistungsspektrum vertraut. Sie stellt für uns, gerade in Krisenzeiten, einen wichtigen Auftraggeber dar.“

Über FAIR

Das internationale Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung entsteht, wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit, Herzstück ist der bereits im Rohbau fertig gestellt Ringbeschleuniger SIS100 mit 1100 Meter Umfang. An diesen schließt sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen an. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger dienen als Vorbeschleuniger. Ingenieur*innen und Wissenschaftler*innen treiben in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen voran, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3000 Forschende aus aller Welt können künftig an FAIR Spitzenforschung betreiben. In herausragenden Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen.

Weitere Informationen

Zusätzliches Bildmaterial finden Sie unter www.gsi.de/fcc-footage

Der sozioökonomische Einfluss von FAIR ist die Summe der Auswirkungen des Projekts auf alle und alles in Kontakt zum Projekt. Der sozioökonomische Einfluss bezieht sich auf Arbeitsplätze für Menschen in der Rhein-Main-Region, in Deutschland und im Ausland. Er umfasst die Ausbildung junger Menschen, die bei FAIR unter der Anleitung von Handwerksmeister*innen in ihren Werkstätten und von Wissenschaftler*innen und Ingenieur*innen ausgebildet werden. Es geht um die Auswirkungen der bei FAIR und GSI gemachten Entdeckungen auf innovative Materialien, medizinische Behandlungen und Energie. Dazu gehören beispielsweise positive Effekte durch Erfindungen wie das energieeffiziente Hochenergie-Rechenzentrum Green IT Cube bei GSI/FAIR.

Diese Faktoren zu messen und nachzuweisen, ist eine Herausforderung. FAIR ist jedoch bestrebt, Wege zu finden, um seine sozioökonomischen Auswirkungen zu ermitteln und sie positiv weiterzuentwickeln. Zu diesem Zweck hat FAIR einen EU-Zuschuss erhalten, um eine Methodik zu entwickeln, die sich auf die Auswirkungen von Innovationen konzentriert. Das Projekt trägt den Namen CASEIA (Comparative Analysis of Socio-Economic Impact in ATTRACT), wird bis September 2024 laufen und mit 120.000 € gefördert werden. CASEIA ist Teil von ATTRACT, das aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union finanziert wird. Leiterin des Studienkonsortiums ist Dr. Sonia Utermann (FAIR). Weitere Konsortiumsmitglieder sind das Steinbeis-Forschungszentrum Technologie-Management Nordost (Rostock), das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (Karlsruhe) und der Human Sciences Research Council (Stellenbosch, Südafrika).

CASEIA zielt darauf ab, dass die Ergebnisse für die künftige strategische Innovationsprogramme bei FAIR und anderen großen Forschungsinfrastrukturen relevant sind und dass Methoden entwickelt werden, die auf andere Bereiche mit sozioökonomischen Auswirkungen übertragbar sind. (CP)

In der Fachzeitschrift Nature berichtet die BASE-Kollaboration am CERN über den weltweit genauesten Vergleich zwischen Protonen und Antiprotonen: Die Verhältnisse von Ladung zu Masse von Antiprotonen und Protonen sind auf elf Stellen identisch. Diese neue Messung verbessert die Genauigkeit des bisher besten Werts um mehr als einen Faktor vier. Der über einen Zeitraum von eineinhalb Jahren gesammelte Datensatz ermöglicht außerdem einen Test des schwachen Äquivalenzprinzips, das besagt, dass sich Materie und Antimaterie unter Schwerkraft gleich verhalten. Auch Forschende von GSI/FAIR sind aktiv an der BASE-Kollaboration beteiligt.

Symmetrie und Schönheit sind eng miteinander verbunden, nicht nur in der Musik, der Kunst und der Architektur, sondern auch in den grundlegenden physikalischen Gesetzen, die unser Universum beschreiben. Es ist in gewisser Weise ironisch, dass wir unsere Existenz einer gebrochenen Symmetrie in der besten fundamentalen Theorie, die es gibt, dem Standardmodell (SM) der Teilchenphysik, zu verdanken scheinen. Einer der Eckpfeiler des SM ist die Invarianz bei Umkehr von Ladung, Parität und Zeit (CPT). Auf die Gleichungen des SM angewandt, verwandelt die CPT-Transformation Materie in Antimaterie. Als Folge der CPT-Symmetrie haben Paare von Materie und Antimaterie die gleichen Massen, Ladungen und magnetischen Momente, die beiden letzteren mit entgegengesetztem Vorzeichen. Eine weitere Folge von CPT: Trifft ein Teilchen auf sein Antiteilchen, vernichten sie sich zu reiner Energie und anderen Teilchen-Antiteilchen-Paaren, was in zahlreichen Laborexperimenten bestätigt wurde. In diesem Sinne ist die Existenz unseres Universums keineswegs selbstverständlich. Wir haben Grund zu der Annahme, dass beim Urknall Materie und Antimaterie in gleichen Mengen entstanden sind. Warum nur die Materie übrig blieb, aus der unser Sonnensystem und die Himmelskörper im Universum bestehen, ist noch ungeklärt.

Ein weiteres heißes Thema in der modernen Physik ist die Frage, ob sich Materie und Antimaterie unter Schwerkraft gleich verhalten. In ihrem neuen Artikel vergleichen die BASE-Wissenschaftler*innen die Ladung-zu-Masse-Verhältnisse von Antiprotonen und Protonen sowie – während des Umlaufs der Erde um die Sonne – die Ähnlichkeit von Uhren aus Antimaterie und Materie. Sie sind also beiden Fragen gleichzeitig mit einer Messung nachgegangen.

Für seine hochpräzisen Untersuchungen verwendete das Team um Stefan Ulmer, leitender Wissenschaftler am RIKEN in Japan und Sprecher der BASE-Kollaboration, eine Penning-Falle, also einen elektromagnetischen Behälter, der ein einzelnes geladenes Teilchen speichern und nachweisen kann. Ein Teilchen in einer solchen Falle schwingt mit einer charakteristischen Frequenz, die durch seine Masse definiert ist. „Abhören“ der Schwingungsfrequenzen von Antiprotonen und Protonen in derselben Falle ermöglicht es, deren Massen zu vergleichen. „Durch Beladen eines zylindrischen Stapels mehrerer solcher Penning-Fallen mit Antiprotonen und negativen Wasserstoffionen konnten wir einen Massenvergleich innerhalb von nur vier Minuten durchführen, also 50 Mal schneller als bei früheren Proton/Antiproton-Vergleichen anderer Gruppen“, erläutert Stefan Ulmer. „Seit unseren früheren Messungen haben wir außerdem den Versuchsaufbau technisch erheblich verbessert. Dies erhöht die Stabilität des Experiments und verringert systematische Verschiebungen in den Messwerten.“ Mit diesem optimierten Instrument hat das BASE-Team im Verlauf von eineinhalb Jahren einen Datensatz von rund 24.000 einzelnen Frequenzvergleichen erfasst. Durch Kombination aller Messergebnisse fanden die Forschenden, dass das Ladung-zu-Masse-Verhältnis von Antiprotonen und Protonen identisch ist, und zwar mit einer Genauigkeit von 16 Teilen in einer Billion, also einer Zahl mit 11 signifikanten Stellen. Das verbessert die Genauigkeit der bisher besten Messung – ebenfalls von BASE – um mehr als einen Faktor vier: ein erheblicher Fortschritt in der Präzisionsphysik.

Ein Teilchen, das in einer Penning-Falle schwingt, kann man als „Uhr“ betrachten, ein Antiteilchen als „Anti-Uhr“. Bei starker Gravitation gehen die Uhren langsamer. Während der Langzeitmessung von eineinhalb Jahren war die Erde auf ihrer elliptischen Bahn unterschiedlich starker Anziehungskraft der Sonne ausgesetzt. Falls Antimaterie und Materie verschieden auf Schwerkraft reagieren, würden die Materie- und Antimaterie-Uhren entlang der Flugbahn der Erde unterschiedliche Frequenzverschiebungen erfahren. Die BASE-Forschenden konnten bei der Analyse ihrer Daten aber keine derartige Frequenzanomalie feststellen. So konnten sie erstmals direkte und weitgehend modellunabhängige Grenzen für ein anomales Verhalten von Antimaterie unter Schwerkraft setzen – oder anders ausgedrückt: im Rahmen der Messgenauigkeit die Gültigkeit des schwachen Äquivalenzprinzips für Uhren bestätigen.

„Um mit noch höherer Präzision messen zu können, müssen wir die Antiprotonen aus der Beschleunigerumgebung der Antimaterie-Fabrik des CERN in ein ruhiges Labor bringen“, beschreibt Dr. Christian Smorra, Physiker am Exzellenzcluster PRISMA⁺ der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz und stellvertretender Sprecher der BASE-Kollaboration, die nächsten Schritte.  „Dazu konstruiert das BASE-Team derzeit die transportable Antiprotonenfalle BASE-STEP.“ Zunächst ist geplant, die Antiprotonen in ein ruhiges Labor am CERN zu verlagern. Wenn das geklappt hat, können die Antiprotonen auch an andere Fallenlabore verteilt werden. „Wir werden die Transportfalle nutzen, um noch genauere Messungen mit Antiprotonen zu machen. So wollen wir sicherstellen, dass uns bei den Antiteilchen keine neue Physik durch die Lappen geht.“

Die BASE-Kollaboration besteht aus Forschenden des RIKEN Fundamental Symmetries Laboratory, des European Center for Nuclear Research (CERN), des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM), der Universität Tokyo, des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung Darmstadt, der Leibniz-Universität Hannover, der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) Braunschweig und der ETH Zürich. Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Max-Planck-RIKEN-PTB Center for Time, Constants and Fundamental Symmetries durchgeführt. (MPIK/JGU/BP)

Weitere Informationen

Wissenschaftliche Veröffentlichung in Nature (in Englisch)

BASE-Experiment am CERN (in Englisch)

Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Kernphysik, Heidelberg

Pressemitteilung der Johannes-Gutenberg-Universität, Mainz

Mit einem „Giersch Award for an Outstanding Doctoral Thesis“ in Höhe von jeweils 6000 Euro wurden diesmal vier junge Nachwuchswissenschaftler*innen für ihre fertiggestellten Dissertationen ausgezeichnet, die ihre außergewöhnliche wissenschaftliche Begabung unter Beweis gestellt haben: Dr. Frédéric Julian Kornas („Global polarization of Λ hyperons as a probe for vortical effects in A+A collisions at HADES“, TU Darmstadt), Dr. Daria Kostyleva („Experimental Studies of Proton-Unbound Nuclei via In-Flight Decay Spectroscopy“, Justus-Liebig-Universität Gießen), Dr. Tabea Pfuhl („Influence of secondary electron spectra on the enhanced effectiveness of ion beams”, TU Darmstadt) und Dr. Lukas Weih („Multimessenger Approaches to Exploring Dense Matter in Neutron Stars“, Goethe-Universität Frankfurt)

Weitere 24 vielversprechende junge Forschende, die sich derzeit in der Promotionsphase an den Universitäten in der Region befinden, konnten sich über einen „Giersch Excellence Grant“ in Höhe von jeweils 2500 Euro freuen: Nora Weickgenannt, Jan Fotakis, Jan-Erik Christian, Carolin Schlosser, Marc Winstel, Tim Rogoschinski, Matthias Kleiner, Michael Jung, Patrick Müller, Thorsten Conrad, Manjunath Omana Kuttan, Simon Spies, Sabrina Huth, Jan Hoppe, Leon Kirsch, Verena Velthaus, Patrick Müller, Maximilian Wiest, Wilhelm Krüger, Simon Lauber, Julian List, Gabriella Kripko-Koncz, Esther Menz und Nico Santowsky.

Die Nachwuchswissenschaftler*innen wurden durch eine Auswahlkommission aus Fachvertretern der Goethe-Universität Frankfurt und der Technischen Universität Darmstadt unter dem Vorsitz von Professor Henner Büsching ausgewählt. Aus Pandemiegründen wurde die traditionelle Preisverleihung nicht in Präsenzform veranstaltet.

Die Helmholtz-Graduiertenschule für Hadronen- und Ionenforschung "HGS-HIRe for FAIR" ist ein Gemeinschaftsprojekt des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, der Universitäten in Darmstadt, Frankfurt, Gießen, Heidelberg und Mainz sowie des FIAS. Ziel ist die Förderung der strukturierten Doktorandenausbildung speziell für die mit GSI und FAIR verbundene Forschung. Aktuell arbeiten in diesem Rahmen über 300 Doktorand*innen an Dissertationen mit Verbindung zu GSI und FAIR.

Die Stiftung Giersch wurde 1994 vom Stifterehepaar Senator E.h. Professor Carlo Giersch und seine Frau Senatorin E.h. Karin Giersch gegründet und engagiert sich auf den Gebieten Wissenschaft und Forschung, Kunst und Kultur sowie der Förderung medizinischer Projekte im Rhein-Main-Gebiet. (BP)

Weitere Informationen

Homepage von HGS-HIRe for FAIR (auf Englisch)

Mentoring Hessen fördert Frauen auf ihren Karrierewegen in Wissenschaft und Wirtschaft. Von Anfang an, seit 1998, haben Kolleginnen von GSI und FAIR am Mentoring Hessen und dessen Vorläuferprojekten aktiv teilgenommen. Seit über 20 Jahren ist GSI auch Kooperationspartner, seit 2017 ist Christina Trautmann, Leiterin der Materialforschung, für GSI Mitglied in der Steuerungsgruppe.

Immer wieder ist es in der Vergangenheit zu spannenden Begegnungen zwischen Mentorinnen und Mentees gekommen. Und manchmal finden Mentees den Arbeitsplatz ihrer Mentorin so interessant, dass sie sich nach Ablauf des Mentoring-Jahres erfolgreich um einen Arbeitsplatz oder eine Promotionsstelle bei GSI/FAIR bemühen. (KG/CP)

Weitere Informationen:

• Webseite von Mentoring Hessen

Wir verurteilen den Angriffskrieg von Russland auf die Ukraine und den Bruch des Völkerrechts seitens der russischen Regierung. Deshalb stehen wir voll und ganz hinter den von der deutschen Regierung und ihren internationalen Partnern verhängten Sanktionen. Diese werden einen starken Einfluss auf unsere eigenen Aktivitäten haben, aber wir sind davon überzeugt, dass diese Mittel in der gegenwärtigen Situation notwendig sind.

In Übereinstimmung u.a. mit der Allianz der Wissenschaftsorganisationen wird GSI/FAIR mit sofortiger Wirkung jegliche Zusammenarbeit mit russischen staatlichen Institutionen und Wirtschaftsunternehmen aussetzen. Laufende bilaterale Kooperationsprojekte mit Forschenden von russischen Institutionen werden mit sofortiger Wirkung eingefroren, dazu werden keine neuen bilateralen Kooperationsprojekte abgeschlossen. Bei multilateralen Projekten, an denen Russland beteiligt ist, und zu denen auch das FAIR-Projekt gehört, wird sich GSI/FAIR mit den anderen Partnern bezüglich der weiteren Umsetzung der völkerrechtlichen Verträge abstimmen. Je nach der weiteren Entwicklung der Situation werden die Maßnahmen angepasst.

Wir sind sehr traurig und besorgt über die tragischen Ereignisse in der Ukraine. Auch bei GSI/FAIR sind Mitarbeitende vom Krieg in der Ukraine betroffen, ob direkt, weil Familien oder Freunde in den umkämpften Gebieten leben, oder durch berufliche oder persönliche Verbindungen zur Ukraine oder zu Russland. Unsere Gedanken sind bei allen Menschen, die direkt oder indirekt betroffen sind, mit unserem tiefsten Mitgefühl und unserer Unterstützung in diesen schwierigen Zeiten.

Prof. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer GSI/FAIR

Dr. Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer GSI/FAIR

Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer GSI/FAIR

Die Physikerin Prof. Dr. Hannah Elfner erforscht Prozesse, die die allerkleinsten Teilchen des Universums betreffen, insbesondere stark wechselwirkende Teilchen unter extremen Temperatur- und Dichtebedingungen, wenn sie das so genannte Quark-Gluon-Plasma bilden, ein Zustand, der wahrscheinlich kurz nach dem Urknall im Universum herrschte. Für ihre herausragende Forschung zu diesen Prozessen, die es uns ermöglichen, die Entwicklung des Universums in seinen ersten Momenten besser zu verstehen, wird die Physikerin nun von der Alfons und Gertrud Kassel-Stiftung als „Scientist of the Year“ 2021 an der Goethe-Universität Frankfurt ausgezeichnet. Hannah Elfner forscht und lehrt an der Goethe-Universität in Frankfurt und am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt.

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

Ein Glücksfall ist Hannah Elfner aber auch für das Team ihrer Nachwuchswissenschaftler*innen. In der Laudatio zur „Scientist of the Year“-Auszeichnung beschreiben ehemalige und aktuelle Mitarbeitende eindrücklich die individuelle Zuwendung, die die Physikprofessorin jedem einzelnen ihrer Studierenden und Promovierenden 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.“

Auch der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, gratuliert herzlich zu der Auszeichnung: „Ich freue mich über diese besondere Würdigung der wissenschaftlichen Arbeit von Hannah Elfner. Die Theorieabteilung der GSI/FAIR, die Professorin Elfner nun leitet, ist ein wesentliches Element für den Gesamterfolg unserer Forschungseinrichtung und steht in ständiger enger Wechselwirkung mit den experimentellen Aktivitäten. Das künftige Beschleunigerzentrum FAIR wird den Forschenden noch nie dagewesene Möglichkeiten zur Untersuchung von Schlüsselprozessen bieten, die unser Universum bestimmen. Die Arbeit von Hannah Elfner ist dabei ein wichtiger Baustein, der grundlegende Tools für das Verständnis der experimentellen Ergebnisse liefert."

Den Preis „Scientist oft the Year“ vergibt die Alfons und Gertrud Kassel-Stiftung alle zwei Jahre an Forschende an der Goethe-Universität in Frankfurt und an deren nahe stehenden Einrichtungen, 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. (BP/GU)

Der FAIR-Council und der GSI-Aufsichtsrat sind erfreut, dass der international renommierte Wissenschaftler und ehemalige CERN-Experimentleiter Professor Giubellino ihren Vorschlag angenommen hat, auch künftig als Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR tätig zu sein. „Wir sind überzeugt, dass unter Leitung von Professor Giubellino der Standort GSI/FAIR auch weiterhin für exzellente Wissenschaft auf internationalem Spitzenniveau steht und diese Position in den nächsten Jahren weiter ausbauen wird. Die vielversprechenden Vorbereitungen des zukünftigen Forschungsbetriebs an der FAIR-Anlage sind das Ergebnis des großen Engagements der Mitarbeitenden von GSI und FAIR, aber ganz besonders auch sein Verdienst. Dabei sprechen die exzellenten Forschungsergebnisse der FAIR-Phase 0 für sich“, betonte Ministerialdirigent Dr. Volkmar Dietz, Unterabteilungsleiter im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und Vorsitzender des GSI-Aufsichtsrats sowie Chair des FAIR-Councils.

Mit begeisterter Motivation blickt Professor Giubellino auf seine zweite Amtszeit. „Die kommenden Jahre sind entscheidend, um die Wissenschaft an FAIR als eines der besten wissenschaftlichen Labors der Welt maßgeblich zu schärfen, zusammen mit der breiten internationalen FAIR-Wissenschaftsgemeinschaft. FAIR hat ein enormes Potenzial, bahnbrechende Ergebnisse in einem breiten Spektrum von Forschungsbereichen zu erzielen. Für mich als Wissenschaftler ist es eine einzigartige Gelegenheit, für den Erfolg von FAIR zu arbeiten.“ Als wichtige Ziele für seine kommende Amtszeit nennt er, die wissenschaftlichen Möglichkeiten bei FAIR und GSI weiter auszugestalten und die Bedingungen zu schaffen, die die Experimentatoren für Spitzenforschung benötigen.

In den vergangenen Jahren führte Professor Giubellino das wissenschaftliche Programm von FAIR in die erste Umsetzung, die sogenannte FAIR-Phase 0, durch die die Forschung auf dem GSI/FAIR-Campus wiederaufgenommen wurde und die es der Forschungsgemeinschaft ermöglichte, wissenschaftliche Spitzenergebnisse zu erzielen und ihre Bindung an den Campus zu stärken. Diese erste Stufe des Experimentierprogramms schreibt seit drei Jahren Erfolgsgeschichten, selbst unter schwierigen Corona-Bedingungen: Dank der von den großen internationalen FAIR-Kollaborationen bereits entwickelten Detektoren und Instrumentierungen sowie der verbesserten Teilchenbeschleuniger ist es bereits möglich, physikalisches Neuland zu betreten. Der wissenschaftliche Output ist beeindruckend stark, viele wissenschaftliche Meilensteine wurden erreicht, und zahlreiche renommierte nationale und internationale Preise wurden an Forschende bei GSI und FAIR vergeben.

Gemeinsam mit Dr. Ulrich Breuer als Administrativem Geschäftsführer und Jörg Blaurock als Technischem Geschäftsführer wird Professor Giubellino GSI und FAIR weiterhin führen. In der zweiten Amtszeit von Professor Giubellino wird sein Schwerpunkt darauf liegen, die Experimente für den Start der FAIR-Anlage vorzubereiten. Auch die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses für FAIR wird weiterhin eine entscheidende Rolle spielen, in enger Verbindung mit den Partneruniversitäten in Hessen und Deutschland, durch gezielte internationale Vereinbarungen und die Einrichtung von Förderprogrammen, um hochqualifizierten wissenschaftlichen und technischen Nachwuchskräften den Weg zur GSI/FAIR zu ebnen. Die internationale Ausrichtung und Sichtbarkeit von GSI/FAIR soll konsequent vorangetrieben werden, so Professor Giubellino, der neben seiner wissenschaftlichen Expertise über umfangreiche Erfahrungen mit internationalen Kooperationen verfügt und bereits viele Schlüsselrollen in multilateralen Forschungsprogrammen übernommen hat.

Professor Giubellino ist seit Januar 2017 Wissenschaftlicher Geschäftsführer der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH und der Facility for Antiproton and Ion Research in Europe GmbH (FAIR GmbH). Seine Forschungsschwerpunkte sind die Physik hochenergetischer Schwerionenstöße und die dabei erzeugte Materie. Nach seinem Studium an der Universität Turin und der University of California in Santa Cruz war er an zahlreichen Schwerionenexperimenten am europäischen Kernforschungszentrum CERN in der Schweiz beteiligt. Beim dortigen ALICE-Experiment hat er seit Anfang der 1990er Jahre verschiedene verantwortliche Positionen übernommen. Seit 2011 war Professor Giubellino der Sprecher von ALICE bei CERN. Zudem ist er seit 1985 auch in der Sektion Turin am italienischen nationalen Kernphysikinstitut (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN) tätig. Für seine Arbeiten konnte er bereits zahlreiche Auszeichnungen entgegennehmen. So erhielt er unter anderem 2014 den Lise-Meitner-Preis der Europäischen Physikalischen Gesellschaft, außerdem den Enrico-Fermi-Preis, die höchste Würdigung der Italienischen Physikalischen Gesellschaft (2013). Er ist Mitglied der Accademia delle Scienze di Torino, die von dem berühmten Mathematiker und Astronomen Joseph-Louis Lagrange gegründet wurde. Im Jahr 2012 wurde er vom italienischen Staatspräsidenten für seine wissenschaftlichen Verdienste zum „Commendatore della Repubblica Italiana“ ernannt und 2016 in die Academia Europaea gewählt. (BP)

Nach einführenden Informationen über das FAIR-Projekt, die Campus-Entwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuellen Experimente erhielt die CDU-Politikerin direkte Einblicke in die aktuellen FAIR-Bauaktivitäten auf dem 20 Hektar großen Baufeld östlich des bestehenden GSI- und FAIR-Campus.

Europaministerin Lucia Puttrich zeigte sich beeindruckt von dem weltweit einmaligen Forschungsprojekt: „Das internationale Beschleunigerzentrum FAIR gehört zu den beeindruckendsten Forschungseinrichtungen in der Welt. Neben dem Bund und dem Land Hessen unterstützen auch europäische Forschungsförderprogramme seit vielen Jahren das GSI Helmholtzzentrum und FAIR. Über 27 Millionen Euro stammen aus europäischen Mitteln. Mit dem neuen Teilchenbeschleuniger entsteht in unserem Land eine der weltweit größten Anlagen zur physikalischen Grundlagenforschung. Hessen ist damit einer der Top-Standorte für die Wissenschaft in Europa. Bereits heute können Wissenschaftler aus der ganzen Welt die Forschungsanlagen nutzen. Das ist gelebte internationale Zusammenarbeit in der Wissenschaft und ich bin stolz darauf, dass wir mit unserem intensiven Werben in Berlin und Brüssel auch ein Stück zum Gelingen des Vorhabens beigetragen haben“, sagte Europaministerin Lucia Puttrich.

Bei ihrem Besuch hatten die Gäste zunächst Gelegenheit, sich von der Aussichtsplattform am Rand des Baufeldes einen Überblick über das gesamte Baufeld und die Aktivitäten im nördlichen und im südlichen Baubereich zu verschaffen, bevor sie bei einer Rundfahrt über die Baustelle, an der auch FAIR-Baustellenleiter Dr. Harald Hagelskamp teilnahm, die Baufortschritte aus nächster Nähe in Augenschein nehmen konnten. Dabei standen auch die Begehung des im Rohbau fertiggestellten unterirdischen Beschleunigertunnels und des Transfergebäudes auf der Agenda.

Das Transfergebäude ist das komplexeste Gebäude der Anlage und der zentrale Knotenpunkt der Anlagenstrahlführung. Der große, 1,1 Kilometer lange Ringbeschleuniger SIS100 wird das Herzstück der künftigen Anlage sein. Der 2021 erfolgte Ringschluss stellt ein wichtiges Etappenziel im Realisierungsablauf des gesamten FAIR-Projekts dar, demnächst wird der Einbau der Technischen Gebäudeausrüstung beginnen.

Die FAIR-Anlage wird Forschenden aus aller Welt einzigartige Experimentiermöglichkeiten bieten, um Materie, wie sie sonst nur im Universum vorkommt, im Labor zu erzeugen und zu erforschen. In großen Planeten, Sternen und Sternexplosionen ist Materie extremen Bedingungen ausgesetzt, zum Beispiel extrem hohen Temperaturen, Drücken oder Dichten. An der FAIR-Anlage können Forschende genau diese Bedingungen herstellen. Dazu schießen sie Ionen, das heißt elektrisch geladene Atome, auf kleine Materialproben. Im winzigen Aufprallpunkt entsteht dann für einen kurzen Moment die kosmische Materie. Die Wissenschaftler*innen erwarten neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik. (BP)

Im Rahmen der ALICE-Masterclass konnten 44 Schülerinnen einen Einblick in die physikalische Arbeit und Datenauswertung bekommen. Unter fachkundiger Begleitung durch die Wissenschaftler*innen werteten sie selbst Messdaten des ALICE-Experiments aus und diskutierten ihre Ergebnisse in einer internationalen Videokonferenzschaltung mit Forschenden am CERN, in Indien und in Griechenland.

ALICE ist eines der vier Großexperimente am Kollisionsbeschleuniger LHC des Forschungszentrums CERN in Genf und beschäftigt sich insbesondere mit Schwerionenstößen von Bleiatomkernen. Wenn im LHC Blei-Atomkerne mit unvorstellbarer Wucht aufeinandertreffen, entstehen Bedingungen wie in den ersten Augenblicken des Universums. Bei den Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma – ein Materiezustand, wie er im Universum kurz nach dem Urknall vorlag. Dieses Plasma wandelt sich in Bruchteilen von Sekunden wieder in normale Materie um. Die dabei produzierten Teilchen geben Aufschluss über die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas. So können die Messungen in die Geburtsstunde des Kosmos blicken und Informationen über die Grundbausteine der Materie und ihre Wechselwirkung enthüllen. (CP)

Weitere Informationen

• Webseite der UN zum Internationale Tag der Frauen und Mädchen in der Wissenschaft (Englisch)

Für die Erzeugung eines neu entwickelten und verbesserten Kontrastmittels für die Magnetresonanztomographie (MRT) mit Wasserstoffgas erhalten die Wissenschaftler*innen Dmitry Budker (Physiker, HIM), James Eills (Chemiker, HIM), John Blanchard (Chemiker, HIM), Danila Barskiy (Physikochemiker, HIM), Kerstin Münnemann (Chemikerin, Universität Kaiserslautern), Francesca Reineri (Chemikerin, Universität Turin), Eleonora Cavallari (Pharmazeutische und Biomolekularwissenschaftlerin, Universität Turin), Silvio Aime (Biowissenschaftler, Universität Turin), Gerd Buntkowsky (Physikochemiker, TU Darmstadt), Stephan Knecht (Physiker, TU Darmstadt und NVision, Ulm), Malcolm H. Levitt (Chemiker, Universität Southampton) und Laurynas Dagys (Chemiker, Universität Southampton) den mit 50.000 Euro dotierten Erwin-Schrödinger-Preis.

Die Kernspinresonanz gehört zu einer Standardmethode der Analytik, um die Struktur und Dynamik von Materialien und lebenden Objekten zu ermitteln. Inklusive der Kernspintomographie wird die Methode unter anderem in der Chemie, der Biochemie und der Medizin eingesetzt. Bei beiden Verfahren eignen sich Flüssigkeiten besonders gut als Kontrastmittel für die Untersuchung. Allerdings stoßen die bisherigen Methoden an ihre Grenzen: Die Wechselwirkung von Kernspins mit ihrer Umgebung ist sehr schwach und die Methoden weisen daher eine geringe Empfindlichkeit auf. Hier setzt die Neuentwicklung an: Zur Überwindung dieser Einschränkung haben die Forschenden eine Reihe von sogenannten „Hyperpolarisierungstechniken“ entwickelt. Dabei handelt es sich um chemische und physikalische Verfahren, mit denen Atome und Moleküle so präpariert werden können, dass ihre Magnetresonanzsignale um einen Faktor von etwa einer Million verstärkt werden und dies auch noch kostengünstig.

Hyperpolarisationstechniken sind sehr aufwendig und können zurzeit nur in wenigen Kliniken weltweit eingesetzt werden. Möglich wurde dieses Projekt erst durch die Kooperation des Teams aus Chemiker*innen, Physiker*innen, Ingenieur*innen, Biolog*innen und Mitarbeitenden aus der klinischen Praxis. Das Team setzt sich zusammen aus Expert*innen aus Deutschland, England, Italien, und den USA, beteiligt sind das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, das Helmholtz Institut Mainz, die Technische Universität Darmstadt, die Technische Universität Kaiserslautern, die Universität Southampton und die Universität Turin. Das Helmholtz-Institut Mainz an dem die Preisträger*innen forschen, wird gemeinsam vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz getragen.

“Das Ziel unserer wissenschaftlichen Arbeit ist es, sowohl für den medizinischen Anwendungsbereich als auch für Forschungszwecke einfach herzustellende, sichere und langlebige hyperpolarisierte Moleküle zur Verfügung zu stellen“, sagt Dmitry Budker, Professor für Experimentelle Atomphysik am Exzellenzcluster PRISMA⁺ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und Sektionsleiter am Helmholtz-Institut Mainz (HIM). „Unsere Methode stellt dabei einen großen Schritt und eine entscheidende Verbesserung dar. Erreichen konnten wir dies durch die fachbereichs- und länderübergreifende Zusammenarbeit. Wir sind sehr froh und stolz, dass unsere langjährige und intensive Forschungszusammenarbeit mit dem renommierten Erwin-Schrödinger-Preis ausgezeichnet wird.“

Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, sagt: „Die beeindruckenden Ergebnisse dieses hervorragenden Forschungsteams zeigen anschaulich die übergeordnete Bedeutung enger weltweiter Vernetzung in der Wissenschaftsgemeinschaft. Das Helmholtz-Institut Mainz bietet den Forschenden in dieser besonderen Kooperation ein Umfeld, um Spitzenleistungen zu ermöglichen. Ich bin daher hocherfreut und stolz, dass diese großartige wissenschaftliche Leistung mit dem Erwin-Schrödinger-Preis geehrt wird, und übermittle allen beteiligten Forschenden meine Glückwünsche.“

„Die beeindruckende Forschungsarbeit dieses internationalen Gewinnerteams zeigt erneut, was Wissenschaft bewegen kann, wenn sie über Disziplinen hinweg und Landesgrenzen hinaus zusammenarbeitet“, sagt Otmar D. Wiestler, Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft. „Die enorme Verstärkung der Magnetresonanzsignale stellt eine entscheidende Verbesserung für den medizinischen Anwendungsbereich dar. Ich gratuliere den Preisträgerinnen und Preisträgern sehr herzlich.“

„Dem international besetzten Forschungsteam ist es herausragend gelungen, Expertise aus den verschiedenen Bereichen der Naturwissenschaften erfolgreich zusammenzubringen“, sagt Michael Kaschke, Präsident des Stifterverbandes. „Mit diesem hochengagierten, interdisziplinären Ansatz konnte die Analytik in der Magnetresonanztomographie für Medizin und Forschung auf entscheidende Weise verbessert werden. Genau diese herausragenden Projekte wollen wir mit diesem Preis würdigen und sichtbar machen.“

Mit dem Erwin-Schrödinger-Preis würdigen Helmholtz und der Stifterverband gemeinsam herausragende wissenschaftliche Leistungen. Der Preis soll in besonderer Weise die interdisziplinäre Forschung honorieren, die in Grenzgebieten zwischen verschiedenen Fächern der Medizin, Natur- und Ingenieurwissenschaften erzielt worden sind und an denen Vertreter mindestens zweier Fachrichtungen mitgewirkt haben. (CP)

Weitere Informationen

• Pressemitteilung der Helmholtz-Gemeinschaft
• Film über die Preisträger*innen
• Webseite des Erwin-Schrödinger-Preises

Neben den supraleitenden Dipolmodulen gehören die supraleitenden Quadrupolmodule zu den wichtigsten Komponenten des SIS100. Während es bei den Dipolmodulen nur zwei unterschiedliche Typen gibt, umfasst die Serie der Quadrupolmodule elf verschiedene Typen. Davon weisen zwei Module, für die Bereiche Injektion und Extraktion, eine besonders anspruchsvolle mechanische Konstruktion auf. Die Serienproduktion und das Kalttesten der 110 Dipolmodule konnten 2021 erfolgreich abgeschlossen werden, für die Quadrupolmodule hat sie nun begonnen.

Wesentliche Komponenten der sehr komplexen Quadrupolmodule sind die supraleitenden Quadrupoleinheiten. Jedes Modul beinhaltet zwei Quadrupoleinheiten. Diese wiederum enthalten neben den zur Strahlfokussierung benötigten Quadrupolmagneten in unterschiedlichen Konfigurationen auch noch supraleitende Korrekturmagnete, beispielsweise die für die Bahnkorrektur erforderlichen „Steerer“-Magnete oder Sextupolmagnete zur Korrektur der Chromatizität, also der Fokussierunterschiede durch die Energieverteilung der Teilchen im Strahl. Ergänzt werden diese Korrekturmagnete um weitere, an den Bogenenden platzierte, supraleitende Magnete.

Alle supraleitenden Fokussier- und Korrekturmagnete werden als russischer Inkind-Beitrag am Joint Institute for Nuclear Research (JINR) im russischen Dubna gefertigt. Die Entwicklung der Magnettechnologie wurde in der Projektvorlaufphase gemeinsamen durch GSI und JINR durchgeführt. Während in den Quadrupolmagneten wie auch in den Dipolmagneten das weiterentwickelte Nuklotronkabel zum Einsatz kommt, musste für die Korrekturmagnete ein neues, spezielles supraleitendes Kabel mit isolierten Strängen entwickelt werden. Das Design der verschiedenen Quadrupoleinheiten wird, aufbauend auf der gemeinsamen Entwicklung, durch das GSI-Konstruktionsbüro ausgeführt.

Alle Quadrupoleinheiten werden in Dubna sowohl im warmen als auch im kalten Zustand getestet. Für den Kalttest bei 4 Kelvin (das entspricht 4 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt bei rund -273 Grad) wurde zuvor im Rahmen einer Kollaborationsvereinbarung eine sechs Testbänke umfassende Kryo-Testeinrichtung aufgebaut. Diese wird sowohl zum Testen der supraleitenden Magnete des künftigen, bei GSI in Darmstadt entstehenden Beschleunigerzentrums FAIR als auch der Beschleunigeranlage NICA, die derzeit in Dubna beim JINR errichtet wird, eingesetzt.

Alle in Dubna gefertigten Quadrupoleinheiten werden nach umfangreichen Abnahmetests an die Firma Bilfinger Noell in Würzburg versandt, die mit der Integration der Quadrupolmodule beauftragt wurde. Neben den Quadrupoleinheiten aus Dubna stellt GSI zahlreiche weitere kryogene Komponenten zur Integration bereit, beispielsweise Strahlpositionsmonitore, Ionenfänger und dünnwandige Quadrupol-Kammern und vieles andere mehr. Die Fertigung dieser Komponenten wurde zuvor von GSI bei verschiedenen Unternehmen beauftragt. Wichtigste Aufgabe dabei ist die zeitliche Synchronisierung aller Aktivitäten, wegen der technischen Komplexität der Gewerke eine besondere Herausforderung.

Parallel dazu wurde mit dem italienischen nationalen Kernphysikinstitut (INFN, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) über die Verwendung der supraleitenden Testeinrichtung in Salerno für das SIS100 Projekt verhandelt und eine Kollaborationsvereinbarung unterzeichnet. An der Testeinrichtung wird die Serie der bei Bilfinger Noell integrierten SIS100-Quadrupolmodule getestet.

Nach erfolgreicher Implementierung der hohen Qualitätsstandards und Qualitätssicherungsstandards am JINR gelang der erfolgreiche Start der Serienfertigung am JINR und der Serienintegration bei Bilfinger Noell. 26 Quadrupoleinheiten konnten im Jahr 2021 am JINR gefertigt und getestet und Bilfinger Noell zur Integration bereitgestellt werden. Zeitgleich wurde bei Bilfinger Noell die Integration der Module parallelisiert. GSI wird das Kalttesten der Serienmodule in Salerno durch das Testen von zirka 20 integrierten Quadrupolmodulen an der „Serien Test Facility“ (STF) auf dem Campus in Darmstadt begleiten. (BP)

Kernreaktionen, die im Inneren von Sternen ablaufen, spielen eine zentrale Rolle bei deren Entwicklung. Die Messung dieser Reaktionen in Labors hier auf der Erde ist notwendig, um grundlegende Fragen über den Ursprung der Elemente zu beantworten, aus denen unser Universum besteht. Im Rahmen des ELDAR-Projekts werden an zwei weltweit führenden europäischen Laboratorien, FAIR (Deutschland) und Gran Sasso (Italien), neue Ansätze für den Nachweis geladener Teilchen entwickelt und neue Verbindungen zwischen führenden europäischen Wissenschaftsgemeinschaften geschaffen, die unterschiedliche Methoden zur Untersuchung von in der Natur eng miteinander verbundenen stellaren Szenarien anwenden.

Bei FAIR wird ELDAR einen neuartigen und weltweit einzigartigen Ansatz verfolgen, bei dem Reaktionen untersucht werden, die durch stabile und radioaktive Strahlen im neu in Betrieb genommenen Schwerionenspeicherring CRYRING@ESR ausgelöst werden, wobei der kürzlich installierte CARME-Detektoraufbau zum Einsatz kommt. Während der neue FAIR-Beschleuniger derzeit noch errichtet wird, ist CRYRING@ESR bereits an der bestehenden GSI-Beschleunigeranlage in Betrieb und wird im laufenden Experimentierprogramm FAIR-Phase 0 eingesetzt. Die Messung von Reaktionen, an denen radioaktive Kerne beteiligt sind, ist entscheidend für die Modellierung und das Verständnis der Fülle neuer astronomischer Daten von Sternexplosionen. ELDAR wird CRYRING@ESR nutzen, um wichtige Kernreaktionen zu untersuchen, die in stellaren Szenarien vom Urknall bis zu Supernovaexplosionen eine wichtige Rolle spielen.

Bei den niedrigen Temperaturen des langsamen Sternbrennens sind die Kernreaktionsraten zu gering, um über dem natürlichen radioaktiven Hintergrund auf der Erde nachgewiesen zu werden. Der LUNA-Beschleuniger, der sich unterirdisch in Gran Sasso befindet, ist die weltweit führende Einrichtung zur Untersuchung von Reaktionen, die die langsame Sternentwicklung antreiben. ELDAR wird einen neuen Aufbau zur Untersuchung von Reaktionen mit geladenen Teilchen an LUNA errichten und damit die Möglichkeiten dieser Spitzeneinrichtung voll ausschöpfen, um ein zentrales Thema bei Kugelsternhaufen zu untersuchen.

ERC Starting Grants für Nachwuchsforschende unterstützen herausragende Forscher in einem frühen Karrierestadium, die vielversprechend sind und einen ausgezeichneten Forschungsvorschlag im Rahmen des EU-Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizon Europe“ vorlegen. Die Zuschüsse in Höhe von durchschnittlich 1,5 Millionen Euro helfen ambitionierten Forschern, ihre eigenen Projekte zu starten, ihre Teams aus Postdoktorand*innen und Promovierenden zusammenzustellen und ihre Forschungsideen zu verfolgen. Forschende von oder eng verbunden mit GSI und FAIR waren in den letzten Jahren sehr erfolgreich bei der Vergabe von ERC Starting oder Advanced Grants. (CP)

Weitere Informationen:

• SPARC-Kollaboration (Englisch)
• CRYRING@ESR-Projekt (Englisch)

Mit einer ausgefeilten und noch nicht weit verbreiteten Filmtechnik wurde ein Zeitraffer-Video aus der Luft erstellt, das die Entwicklung der letzten vier Jahren zeigt: Für diesen sogenannten „Longterm Dronelapse“ wurden mit einer Drohne regelmäßig die gleichen Routen über die riesige Baustelle geflogen. Die dabei im Laufe von vier Jahren gefilmten bewegten Zeitraffervideos wurden nun in einem einzigen Video kombiniert. Sie können dank GPS-Unterstützung exakt überlagert werden, sodass die Fortschritte der Bauaktivitäten besonders deutlich werden. 

Der letztjährige Longterm Dronelapse, der die Entwicklung der Jahre 2018 bis 2020 zeigt, wurde vom World Media Festival mit dem "Intermedia-globe SILVER Award" ausgezeichnet. Die Jury des “WorldMediaFestivals | Television & Corporate Media Awards” bewertete das Video als herausragenden Beitrag in der Kategorie „Public Relations/Research and Science“ und verlieh hierfür den "Intermedia-globe SILVER Award". (LW)

Mehr Informationen

Video: FAIR-Baustelle im Zeitraffer - Longterm Dronelapse
News zum Intermedia-globe SILVER Award

Nach einführenden Informationen über den Stand des FAIR-Bauprojektes, die Campus-Entwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuellen Experimente erhielt der FDP-Politiker, der von Patrick Schütz, Mitarbeiter seines Wahlkreisbüros, begleitet wurde, Einblicke in die Forschungseinrichtungen bei GSI/FAIR und die FAIR-Bauaktivitäten. Oliver Stirböck ist Sprecher seiner Fraktion für Digitalisierung, für Europapolitik und für den Finanzplatz Frankfurt.

Die nachhaltige Digitalisierung war auch ein zentrales Thema des Besuchs. Die Gäste informierten sich bei einer Führung durch den Green IT Cube umfassend über das Höchstleistungsrechenzentrum und seine Infrastruktur. Der energieeffiziente Green IT Cube auf dem GSI/FAIR-Campus stellt enorme Rechenkapazitäten für Experimente an den Beschleunigeranlagen von GSI und zukünftig von FAIR bereit. Er gehört zu den leistungsfähigsten wissenschaftlichen Rechenzentren der Welt. Zugleich setzt er Maßstäbe in der IT-Technologie und beim Thema Energiesparen: Dank eines speziellen Kühlsystems ist er besonders energie- und kosteneffizient. Der Energieaufwand für die Kühlung entspricht dadurch weniger als sieben Prozent der für das Rechnen aufgewendeten elektrischen Leistung. Bei herkömmlichen Rechenzentren mit Luftkühlung beträgt diese Relation 30 bis 100 Prozent. Das innovative Kühlsystem ermöglicht außerdem eine kompakte und damit platzsparende Bauweise. Der Green IT Cube hat bereits zahlreiche Auszeichnungen erhalten, unter anderem den Blauen Engel, das Umweltzeichen der Bundesregierung.

Nach der Besichtigung des Green IT Cube hatten die Gäste noch Gelegenheit, sich über das Großexperiment HADES und den aktuellen Stand des FAIR-Bauprojekt zu informieren. Die Fortschritte auf dem Baufeld konnten sie direkt in Augenschein nehmen und von der Aussichtsplattform einen Blick auf das 20 Hektar großen FAIR-Baufeld werfen mit dem im Rohbau fertiggestellten Ringtunnel des großen Beschleunigerrings SIS100, dem Herzstück der künftigen Beschleunigeranlage. (BP)

Ein internationales Team von Forschenden unter Beteiligung des Exzellenzclusters PRISMA+ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) hat eine Labor-Methode zur Suche nach extrem leichten sogenannten „Axion-like Particles (ALP)“, die als mögliche Kandidaten für die schwer zu erfassende Dunkle Materie gelten, erfolgreich weiterentwickelt. Prinzipiell nutzen die Forschenden in ihren Experimenten Techniken der kernmagnetischen Resonanz: Durch einen neuen Aufbau konnten sie nun die Empfindlichkeit um fünf Größenordnungen gegenüber früheren Experimenten steigern, wie sie in ihrem Artikel in „Nature Physics“, einer führenden Zeitschrift in diesem Bereich, zeigen.

Noch ist über die genaue Natur der Dunklen Materie wenig bekannt. Als vielversprechende Kandidaten gelten heute extrem leichte bosonische Teilchen, etwa die sogenannten Axionen, Axion-like Particles und auch Dunkle Photonen. Diese können als klassisches Feld angesehen werden, das mit einer bestimmten Frequenz oszilliert. Wie groß diese Frequenz – und demzufolge die Masse der Teilchen – ist, ist bisher nicht bekannt. Deshalb durchsuchen die Forschenden mit ihren Experimenten systematisch unterschiedliche Frequenzbereiche nach Hinweisen auf Dunkle Materie. "Dabei gibt es noch viel zu tun, denn einen großen Massebereich, der für ALPs in Frage kommt, haben wir noch nicht überprüft", sagt Prof. Dr. Dmitry Budker, Forschungsleiter bei PRISMA+ und Bereichsleiter am HIM, einer institutionellen Kooperation der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt. "Dabei setzen wir weiter auf das Prinzip der Kernspinresonanz, also die Tatsache, dass Kernspins auf Magnetfelder reagieren, die mit einer bestimmten Resonanzfrequenz schwingen. Die Stärke dieses Resonanzsignals bestimmen wir mit einem empfindlichen Magnetometer."

Die Grundannahme der Experimente: Auch ein Dunkle-Materie-Feld beeinflusst die Kernspins eines Sensors in dieser Weise. Während sich die Erde durch dieses Feld bewegt, verhalten sich die Kernspins im Sensor genau wie in einem oszillierenden magnetischen Feld. Das Ergebnis ist ein durch Dunkle Materie hervorgerufenes Kernspin-Signal.

Als Sensor nutzen die Mainzer Forschenden und ihre Kolleg*innen der University of Science and Technology of China (USTC) das Edelgas Xenon, genauer gesagt das Isotop Xenon-129. Das Magnetometer, welches potentielle Signale misst, basiert auf dem Element Rubidium. Dabei gibt es vor allem zwei Besonderheiten: "Wir bauen das Experiment so auf, dass die Xenon-Atome ein oszillierendes Feld zunächst verstärken: So würde der Effekt, den ein potentielles ALP Feld auslöst, um einen Faktor 100 größer sein", beschreibt Co-Autor Antoine Garcon, Doktorand am HIM. "Zudem befindet sich unser Magnetometer – also die Ausleseeinheit – in der gleichen Zelle wie das Sensorgas Xenon. Der stärkere Kontakt zwischen beiden erhöht neben dem stärkeren Signal zusätzlich die Empfindlichkeit der Messung."

"Dies ist mehr oder weniger das gleiche Prinzip, das unserem 'Cosmic Axion Spin Precession Experiment'-Forschungsprogramm – kurz CASPEr – zugrunde liegt, einer Zusammenarbeit zwischen PRISMA+/HIM und der Boston University in den USA. Die Details der technischen Umsetzung sind jedoch recht unterschiedlich", ordnet Dmitry Budker ein.

In der aktuellen Arbeit zeigten die Kooperationspartner zunächst, dass ihre Idee grundsätzlich funktioniert: Sie legen ein schwaches oszillierendes Magnetfeld an, um ein ALP Feld zu simulieren und können damit die vorhergesagten Signale exakt nachweisen. Im nächsten Schritt bestimmen sie die Empfindlichkeit ihres Versuchsaufbaus: Im Ergebnis ist diese um fünf Größenordnungen besser als bei früheren Experimenten.

Nach erfolgreichem Proof-of-Principle starteten die Forschenden erste Messreihen, um nach Dunkler Materie zu suchen. Dabei konnten sie den Massebereich von wenigen Femtoelektronenvolt (feV) bis beinahe 800 feV absuchen. Zwar konnten sie in diesem Bereich bisher kein ALP-Signal finden, aber durch die viel höhere Empfindlichkeit ist es gelungen neue und strenge Grenzen im Hinblick auf die Stärke der ALP-Wechselwirkung mit normaler Materie zu formulieren. Zudem konnten sie den Suchbereich im Vergleich zu den früheren CASPEr-Experimenten um eine Größenordnung hin zu höheren Massen erweitern – und so nach dem Ausschlussverfahren den Suchbereich für ALPs noch weiter einschränken. Auch für die Suche nach Dunklen Photonen konnte der Aufbau genutzt werden. Und auch hier ist es dem Team der Forschenden gelungen, entsprechende Grenzen festzusetzen. Durch längere Messzeiten könnte die Empfindlichkeit ihrer Methode noch weiter verbessert werden, wie die Forschenden in Nature Physics erklären.

Einen sehr ähnlichen Versuchsaufbau beschreibt eine weitere kürzlich in Science Advances erschienene Arbeit. Auch hier ist Dmitry Budker beteiligt: "Wir verwenden im Wesentlichen denselben Spin-Verstärker, allerdings zu einem anderen Zweck. Statt nach dem Dunkle-Materie-Feld suchen wir nach einer möglichen exotischen Wechselwirkung zwischen einer Massenquelle und Kernspins – sozusagen einer 'fünften Kraft'. Die exotischen Wechselwirkungen würden durch die Existenz 'neuer' Teilchen entstehen, die wiederum eine Verbindung zu Dunkler Materie haben könnten." Auf der Suche nach neuer Physik jenseits des Standardmodells bietet die neue Methode jedenfalls spannende neue Ansätze und Perspektiven. (JGU/BP)

Weitere Informationen

Link zur wissenschaftlichen Veröffentlichung in Nature Physics (Englisch)

Link zur Arbeitsgruppe von Professor Budker (Englisch)

In ihrer Promotionsarbeit, die sie an der Justus-Liebig-Universität Gießen in der Arbeitsgruppe von Professor Christoph Scheidenberger anfertigte, hat Dr. Daria Kostyleva eine neuartige Experimentiermethode verwendet, die es erlaubt, Atomkerne an den Grenzen der Stabilität zu untersuchen und ihre innere Struktur sowie einige ihrer charakteristischen Eigenschaften wie Lebensdauer, Grundzustand und angeregte Niveaus zu studieren. Dazu wurden am Fragmentseparator FRS bei GSI aus einem relativistischen Schwerionenstrahl mittels Kernreaktionen sehr neutronenarme Argon-, Kalium- und Chlor-Isotope erzeugt, die extrem kurzlebig sind: einige von ihnen haben Lebensdauern von nur 10^-12 Sekunden (das ist der billionste Teil einer Sekunde) oder sogar noch weniger.

Aufgrund der kurzen Lebensdauer zerfallen diese Atomkerne im Flug und emittieren dabei ein, zwei oder drei Protonen, wobei sie eine stabilere, langlebigere Konfiguration annehmen. Die Protonen können mit einer speziellen Detektoranordnung nachgewiesen werden, an deren Entwicklung Dr. Kostyleva beteiligt war. Erstmalig wurde mit dieser Experimentiermethode der Drei-Protonen-Zerfall eines Atomkerns nachgewiesen: an ³¹K, einem Kalium-Atom mit der Massenzahl 31, bestehend aus 19 Protonen und nur zwölf Neutronen. Ebenfalls zum ersten Mal gelang die Detektion einiger bis dahin unbekannter Isotope: ²⁸Cl, ³⁰Cl, ²⁹Ar und des bereits genannten Nuklids ³¹K. Für andere Nuklide wurde die Zwei-Protonen-Radioaktivität beobachtet, ein besonderer Zerfallsmechanismus, der Anfang der 2000er Jahre bei GSI entdeckt worden ist. Für einige der untersuchten Kerne konnte sogar ein Niveauschema abgeleitet, also die innere Struktur, die sich unter diesen extremen Verhältnissen ausbildet, beschrieben werden.

Auch Halbwertszeiten, Bindungsenergien und eine Fülle von weiteren Informationen konnten in einem einzigen Experiment ermittelt werden. Diese Erkenntnisse sind besonders bemerkenswert, da die Experimente von Dr. Kostyleva bisher am weitesten über die sogenannte Protonen-Abbruchkante hinausreichen. Damit gewähren sie einen ersten Einblick in Bereiche jenseits der Kernstabilität und in neuartige Phänomene mit dem Potenzial, die bisherige Sicht auf die Struktur von Atomkernen zu verändern. Die Experimente eröffnen die Perspektive auf weitere Erkenntnisse über den Übergang von der ordnenden Wirkung der Kernkräfte in Atomkernen zu einem strukturlosen Gemenge von Nukleonen an der Abbruchkante. Auch der supraleitende Fragmentseparator (Super-FRS), der momentan an der internationalen FAIR-Anlage errichtet wird, wird hierzu tiefere Einblicke ermöglichen.

Der FAIR-GSI PhD Award wird jährlich für eine hervorragende Promotionsarbeit des vorangegangenen Jahres vergeben, die durch GSI im Rahmen der strategischen Partnerschaften mit den Universitäten in Darmstadt, Frankfurt, Gießen, Heidelberg, Jena, Mainz oder durch das Forschungs- und Entwicklungsprogramm gefördert wurde. Aktuell arbeiten im Rahmen der Graduiertenschule HGS-HIRe (Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research) über 300 Doktorand*innen an Dissertationen mit Verbindung zu GSI und FAIR. Mit dem Sponsor des Preises, der Pfeiffer Vacuum GmbH, die Vakuumtechnik und -pumpen anbietet, verbindet GSI eine langjährige Partnerschaft. Vakuumlösungen von Pfeiffer Vacuum werden in den Anlagen von GSI seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. (CP)

Der Ehrengast Dr. Tomaž Boh, Generaldirektor der Direktion Wissenschaft, Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Sport, Republik Slowenien, begrüßte alle Teilnehmenden des Workshops. Professor Boštjan Zalar, Direktor des Jožef-Stefan-Instituts, hielt eine Willkommensrede. Dr. Albin Kralj vom Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Sport, Republik Slowenien, begrüßte die Teilnehmenden. Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino und der Technische Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, informierten die Workshop-Teilnehmenden zu Beginn der Informationsveranstaltung über die wissenschaftlichen Ziele, den aktuellen Stand und die jüngsten Fortschritte des FAIR-Projekts. Dr. Jürgen Gerl von der NUSTAR-Kollaboration, eine der vier Experimentiersäulen von FAIR, und Dr. Jelena Vesić vom Jožef-Stefan-Institut präsentierten den slowenischen Beitrag zu den NUSTAR-Experimenten.

Neben dem Jožef-Stefan-Institut (JSI) waren an der Veranstaltung auch Vertretende des Ministeriums für Bildung, Wissenschaft und Sport und von „Tehnodrom d.o.o.“ mit den führenden Unternehmen Cosylab und Instrumentation Technologies beteiligt, da FAIR eine wichtige Rolle für das Wachstum der High-Tech-Industrie spielen wird. Janko Bugar, CGO & Senior Business Development Manager/Cosylab, und Elvis Janežič, CEO/Instrumentation Technologies, stellten alle Aktivitäten und Beiträge des Tehnodrom-Konsortiums slowenischer Unternehmen vor, die am FAIR-Projekt teilnehmen. Der Workshop ermöglichte den Austausch wertvoller Informationen über den aktuellen Stand der Aktivitäten auf dem GSI/FAIR-Campus und beleuchtete wissenschaftliche und technische Entwicklungen auf slowenischer Seite.

Bei der Veranstaltung wurde auch hervorgehoben, dass FAIR neben der Förderung der wissenschaftlichen Forschung auch von Bedeutung beim Wachstum der High-Tech-Industrie in Slowenien ist. So entwickeln und bauen viele slowenische Hightech-Unternehmen technologischer Anlagen über das Konsortium Tehnodrom. Die führenden Partner des Konsortiums Tehnodrom sind Cosylab und Instrumentation Technologies. Die Teilnahme am FAIR-Projekt eröffnet slowenischen Wissenschaftler*innen außergewöhnliche Forschungsmöglichkeiten und damit auch außergewöhnliche Möglichkeiten der Zusammenarbeit mit der slowenischen Wirtschaft zur Entwicklung neuer Technologien und anderer Produkte mit hohem Zusatznutzen. (BP)

Weitere Informationen

Für weitere Informationen über das GET_INvolved-Programm können sich Interessierte an die jeweiligen Koordinierenden wenden: Dr. Pradeep Ghosh (GSI und FAIR, Pradeep.Ghosh@fair-center.eu), Dr. Jelena Vesić (Jožef-Stefan-Institut, Jelena.Vesic@ijs.si) und Prof. Dr. Simon Širca (Universität von Ljubljana, Simon.Sirca@fmf.uni-lj.si).

Über das Jožef-Stefan-Institut

Das Jožef-Stefan-Institut ist das führende wissenschaftliche Forschungsinstitut Sloweniens und deckt ein breites Spektrum an Grundlagen- und angewandter Forschung ab. Naturwissenschaften, Biowissenschaften und Ingenieurwesen gehören zu den Spezialgebieten des Teams von rund 1000 Mitarbeitenden. Produktions- und Steuerungstechnologien, Kommunikations- und Computertechnologien, Wissenstechnologien, Biotechnologien, neue Materialien, Umwelttechnologien, Nanotechnologie und Nukleartechnik gehören zu den behandelten Themen. Ziel des Jožef-Stefan-Instituts ist es, Wissen an den Grenzen von Naturwissenschaft und Technik zum Nutzen der Gesellschaft zu sammeln und zu verbreiten, indem es Bildung, Lernen, Forschung und High-Tech-Entwicklung auf höchstem Niveau betreibt.

Über die Universität von Ljubljana

Die Universität von Ljubljana ist die älteste und größte Hochschul- und Forschungseinrichtung in Slowenien. Die Universität, die auf eine lange Geschichte zurückblicken kann, wurde im Jahr 1919 gegründet. Sie ist die größte und wichtigste Bildungseinrichtung Sloweniens. Mit 30 Prozent aller registrierten Forschenden ist sie eine der größten Forschungseinrichtungen Sloweniens. An 23 Fakultäten und drei Kunstakademien studieren mehr als 37 000 Studierende im Grundstudium und im Aufbaustudium, und sie beschäftigt rund 6000 Hochschullehrende, Forschende, Assistierende und Verwaltungsangestellte.

Über das GET_INvolved-Programm

Das GET_INvolved-Programm bietet internationalen Studierenden und Nachwuchswissenschaftler*innen aus Partnereinrichtungen die Möglichkeit, Praktika, Traineeships und Forschungserfahrungen im Anfangsstadium zu sammeln, um sich in das internationale FAIR-Beschleunigerprojekt einzubringen und gleichzeitig eine wissenschaftliche und technische Ausbildung zu erhalten.

Wieso bin ich der, der ich bin? Ist meine Persönlichkeit genetisch bestimmt? Ist mit der Zeugung mein Schicksal festgelegt? Oder habe ich eine Chance, mich aktiv und selbstständig zu verändern? Ja, sagen heute die systemische Neurobiologie und Psychologie: In allen Lebensstadien beeinflusst die Umwelt das Gehirn und damit die Entwicklung und Ausprägung unserer Persönlichkeit. Ob wir in einer vielfältigen und grünen oder in einer reizlosen Umgebung aufwachsen und leben, ob wir sozial geborgen oder entwurzelt sind, ja sogar subtile Einflüsse wie Licht und Geburtsmonat beeinflussen Gehirn und Persönlichkeit messbar und teils erheblich.

In seinem Vortrag zeigt Dr. Konrad Lehmann auf, dass Sie Herr*in Ihrer selbst sind, und wie Sie durch Veränderung der Umwelt das eigene Leben immer wieder neu in die Hand nehmen können. Wir haben die Möglichkeit, durch unsere Umwelt uns selbst zu verändern. Wir sind frei in unseren Entscheidungen und unserer Persönlichkeit und daher für unser Gehirn selbst verantwortlich. Das moderne Verständnis vom Gehirn vereint Freiheit, Offenheit und Verantwortung. Diese Idee nennt Lehmann „Neuro-Humanismus“, und setzt sie gegen die Lehre von der Fremdbestimmtheit des Menschen.

Dr. Konrad Lehmann bezeichnet sich selbst als „Hirnvermittler“, er belehrt sozusagen Gehirne über das Gehirn. Er studierte an der Universität Bielefeld Biologie und wurde mit einer Arbeit als Neurobiologe promoviert. Seit 2006 forschte er an der Friedrich-Schiller-Universität Jena über die Anpassungsfähigkeit und Lernmechanismen des Gehirns und habilitierte sich dort im Jahr 2011. Seit September 2019 ist er bei GSI/FAIR als Labormanager in der Abteilung Biophysik tätig. Seine Forschung dreht sich im weiten Sinne darum, wie sich das Gehirn von Säugetieren an unterschiedliche Umweltbedingungen anpasst. Neben einer Vielzahl wissenschaftlicher Publikationen hat er zur Thematik bereits mehrere Bücher verfasst.

Weitere Vorträge im Laufe des Halbjahrs haben beispielsweise Phänomene des Weltalls zum Thema, die sich unserer direkten Wahrnehmung entziehen: schwarze Löcher und dunkle Materie. Auch darum, Winziges über Mikroskopie oder radioaktive Strahlung überhaupt sichtbar zu machen, wird es in zwei Beiträgen gehen. Mit der Verarbeitung von Daten beschäftigen sich schließlich zwei Vorträge zum maschinellen Lernen in der Biomedizin und zur Computervisualisierung.

Die Vorträge beginnen jeweils um 14 Uhr. Weitere Information über Zugang und Ablauf der Veranstaltung finden Sie auf der Veranstaltungswebseite unter www.gsi.de/wfa

Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In den Vorträgen wird über die Forschung und Entwicklungen an GSI und FAIR berichtet, aber auch über aktuelle Themen aus anderen Wissenschafts- und Technikfeldern. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für fachfremde Personen verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitenden oder von externen Referent*innen aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten. (CP)

Aktuelles Programm:

• Mittwoch, 19.01.2022, 14 Uhr
  Gestaltet, was Euch gestaltet! Oder: Für mein Gehirn bin ich selbst verantwortlich.
  Konrad Lehmann, GSI/FAIR
   
• Mittwoch, 16.02.2022, 14 Uhr
  Schwarze Löcher und wie sie zu sehen sind
  Christoph Schürmann, Universität Bonn
   
• Mittwoch, 16.03.2022, 14 Uhr
  Machine Learning in der Biomedizin – Beispiele und Perspektiven
  Fabian Theis, Helmholtz Zentrum München
   
• Mittwoch, 27.04.2022, 14 Uhr
  Neue Entwicklungen zu Nachweis und Sichtbarmachung von radioaktiver Strahlung
  Kai Vetter, University of California Berkeley/Lawrence Berkeley National Laboratory
   
• Mittwoch, 25.05.2022, 14 Uhr
  Ein Bild sagt mehr als 1000 Daten – Wie Computervisualisierung unser Leben leichter machen kann
  Pascal Bormann, Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung, Darmstadt
   
• Mittwoch, 15.06.2022, 14 Uhr
  Das Rätsel der Dunklen Materie: Dem unsichtbaren Universum auf der Spur
  Kathrin Valerius, Karlsruher Institut für Technologie KIT
   
• Mittwoch, 20.07.2022, 14 Uhr
  Ich sehe was, was du nicht siehst – Mikroskopie in der Strahlenbiologie
  Burkhard Jakob, GSI/FAIR

Giuliano Franchetti studierte Physik an der Universität Padua in Italien. Seine Dissertation erstellte er bei GSI in der Abteilung Beschleunigerphysik, den Doktorgrad erlangte er 1998 an der Universität Bologna, wo er die Physik von Ionenstrahlen hoher Intensitäten aus theoretischer Sicht studierte. Seit dem Jahr 2000 ist er in verschiedenen Positionen Wissenschaftler bei GSI, aktuell beschäftigt er sich mit der Strahlphysik von Speicherringen. Neben seiner Tätigkeit bei GSI sammelte er breite Erfahrungen mit Aufenthalten unter anderem am Brookhaven National Laboratory, am europäischen Forschungszentrum CERN und am Institut für Theoretische und Experimentelle Physik in Moskau/FAIR-Russia Research Center. Dr. Franchetti ist Co-Koordinator des Arbeitspakets "Pushing Accelerator Frontier" (WP5.2, iFAST) des EU-Netzwerks "Innovation Fostering in Accelerator Science and Technology". Er lehrt seit 2010 am Institut für Angewandte Physik der Goethe-Universität Frankfurt und ist seit 2020 Mitglied der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR (HFHF).

„Die Ernennung zum APS-Fellow ist eine ganz besondere Ehre für mich. Ich freue mich sehr und bedanke mich für die große Anerkennung der Kolleginnen und Kollegen weltweit“, sagte Giuliano Franchetti zu seiner Ernennung. „Mit meiner Arbeit möchte ich auch weiterhin einen Beitrag zur aktuelle und zukünftigen Forschung an GSI und FAIR leisten und zu neuem Erkenntnisgewinn vor allem auf dem Gebiet der Speicherringe beitragen. Die Kombination von bestehenden Forschungsstrukturen und künftigen FAIR-Speicherringen birgt ein außergewöhnliches Forschungspotenzial.“

Die APS gehört zu den weltweit wichtigsten und renommiertesten Physikalischen Fachgesellschaften. Gegründet wurde die Berufsorganisation für Physiker*innen 1899 und hat heute mehr als 55 000 Mitglieder weltweit, aus dem akademischen Bereich, den nationalen Laboratorien und der Industrie. Die APS gliedert sich in zahlreiche Fachgruppen, die sich auf alle Bereiche der physikalischen Forschung erstrecken. Den Status eines Fellows erlangen APS-Mitglieder auf der Basis eines genau definierten Nominierungs- und Evaluationsprozesses. Zu ihren Fellows wählt die APS jedes Jahr nicht mehr als ein halbes Prozent ihrer Mitglieder. Dieses Jahr gingen zwei APS-Fellowships an GSI/FAIR. Außer dem Fellowship von Giuliano Franchetti erhielt auch Professor Yury Litvinov aus der Forschungsabteilung Atomphysik die prestigeträchtige Auszeichnung, was einmal mehr die außergewöhnliche Qualität unserer personellen Schaffenskraft bestätigt. (BP)

Weitere Informationen

Webseite der APS (Englisch)

Besuch des IFJ PAN Krakau und des Zyklotronzentrums Bronowice

Die FAIR/GSI-Delegation mit Professor Paolo Giubellino, wissenschaftlicher Geschäftsführer, Jörg Blaurock, technischer Geschäftsführer, und GET_INvolved-Programmkoordinator Dr. Pradeep Ghosh besuchte das Institut für Kernphysik der Polnischen Akademie der Wissenschaften (IFJ PAN) in Krakau, wo sie mit Direktor Professor Tadeusz Lesiak und mehreren Abteilungsleitenden zusammentraf, um sich über die Forschungsaktivitäten des Instituts zu informieren. Das Treffen war für das Management sehr aufschlussreich, da die Fähigkeiten und Erfahrungen der Forschenden und Ingenieur*innen als ein wichtiger Beitrag im Rahmen der Inbetriebnahme und der Installation der FAIR-Komponenten in Betracht gezogen werden können. Es bestand auch die Gelegenheit, das Zyklotronzentrum Bronowice (polnisch: Centrum Cyklotronowe Bronowice, CCB) zu besuchen, dessen Zyklotronanlage ein hervorragendes Beispiel für die Anwendung der Grundlagenwissenschaft in der Tumor-Strahlentherapie ist.

Unterzeichnungszeremonie an der Jagiellonen-Universität Krakau

FAIR/GSI und die Behörden der Jagiellonen-Universität unterzeichneten eine Kooperationsvereinbarung ("Memorandum of Understanding") und eine Vereinbarung über die Mobilität von Studierenden und Mitarbeitenden im Rahmen des GET_INvolved-Programms. Bei der Veranstaltung im Collegium Maius in Krakau wurde Polens älteste Universität von Professor Piotr Kutrowski, Vize-Rektor für Forschung an der JU, vertreten. Zur FAIR/GSI-Delegation gehörten Professor Paolo Giubellino, Jörg Blaurock, Dr. Pradeep Ghosh.

Als ein Ergebnis der neuen Vereinbarung zur Zusammenarbeit können Studierende und Mitarbeitende der Jagiellonen-Universität von den umfangreichen Forschungsmöglichkeiten des künftigen FAIR-Beschleunigerzentrums profitieren. Insbesondere junge Forschende werden von spezialisierten Praktika für Bachelor- und Masterstudiengänge sowie von gemeinsamer Forschung für PhD-Programme profitieren.

Nach der Unterzeichnung des Abkommens, an der auch mehrere Vertretungen der Jagiellonen-Universität und der Fakultät für Physik, Astronomie und Angewandte Informatik teilnahmen, folgte eine Diskussion über die Rolle der Jagiellonen-Universität bei FAIR, an der neben der FAIR/GSI-Delegation und Professor Kustrowski auch Professor Piotr Salabura, Professor Zbigniew Majka und Alicja Nowakowska teilnahmen.

Treffen mit Vertretern der Industrie und der AGH ASIC-Entwicklungszentren

Eine informative Sitzung wurde an der Jagiellonen-Universität für Vertretende mehrerer polnischer Firmen organisiert, die entweder High-Tech-Produkte herstellen oder an einer Teilnahme an dem Mega-Wissenschaftsprojekt interessiert sind. Die Repräsentant*innen der Industrie hatten die Möglichkeit, die besonderen Eigenschaften ihrer Produkte und für das FAIR-Projekt zu erläutern. Die Firmen Prevac, KrioSystem, Kordecki Automation und S2innovation haben sich bei dieser Veranstaltung dem Management vorgestellt. Ebenso sprachen Vertretende von Solaris - National Center for Synchrotron Radiation und der AGH University of Science and Technology über ihre erzielten Ergebnisse. Frau Nowicka, Liaison Officer für die polnischen Anteilseigner, erläuterte, wie die Vertretenden der Industrie Zugang zu Informationen über bevorstehende Ausschreibungen erhalten und aktiv nach interdisziplinären Projekten bei FAIR suchen können.

Start der FAIR-Seminare an der JU

Der zweite Tag des Besuchs der FAIR-Delegation begann mit einem Einführungsseminar über FAIR, das für alle Studierenden und Forschenden der Jagiellonen-Universität live im Internet übertragen wurde. Die FAIR-Seminare sind eine neue Initiative der Jagiellonen-Universität und des Instituts für Kernphysik PAN, die eine Reihe von monatlichen Seminaren über das FAIR-Projekt organisieren. Diese Initiative zielt darauf ab, polnischen Wissenschaftler*innen, Ingenieur*innen und Studierenden Wissen über das FAIR-Beschleunigerzentrums, das in Darmstadt gebaut wird und eines der größten Zentren dieser Art in der Welt sein wird, zu vermitteln. In den Seminaren werden die wichtigsten Forschungssäulen von FAIR (NUSTAR, CBM, PANDA, APPA), der Stand des Projekts und vor allem die Beteiligung polnischer Forschungsgruppen an diesem Projekt erörtert. Diese öffentliche Session war der Startpunkt einer Reihe von FAIR-Seminaren an der Jagiellonen-Universität.

Treffen mit dem Nationalen Konsortium FEMTOPHYSICS

Die FAIR-Leitung traf sich mit benannten Vertretenden des Nationalen Konsortiums FEMTOPHYSICS (NCF) (polnisch Krajowe Konsorcjum FEMTOFIZYKA), das sich aus zwölf polnischen Institutionen zusammensetzt, die an den FAIR-Experimenten mitarbeiten. Die Delegierten hatten die besondere Gelegenheit, mit dem FAIR/GSI-Management über ihre Anliegen und Fragen zu sprechen und wichtige Probleme im Zusammenhang mit den FAIR-Experimenten zu diskutieren. Diese Diskussion war entscheidend für die Planung der nächsten Schritte für die FAIR-Phase-0-Experimente im Jahr 2022 sowie für den Übergang des Projekts von der Konstruktion zu den Tag-1-Experimenten.

Die von der Jagiellonen-Universität ausgerichteten „FAIR Days Polen“ waren sehr fruchtbar, da alle Aspekte des FAIR-Projekts abgedeckt wurden. Darüber hinaus werden die unterzeichneten Vereinbarungen den Wissenschaftler*innen der Jagiellonen-Universität ermöglichen, die Forschungsmöglichkeiten von FAIR in wesentlich größerem Umfang zu nutzen. Der vorbereitete Vertrag, mit dem ein spezielles System von Lehrstellen, Forschungspraktika und gemeinsam durchgeführten Master- und Doktorarbeiten eingeführt wird, richtet sich insbesondere an junge Forschende. (BP)

Über die Jagiellonen-Universität

Die Jagiellonen-Universität (JU) wurde am 12. Mai 1364 durch den polnischen König Kasimir den Großen gegründet. Sie ist die älteste Hochschuleinrichtung in Polen und eine der ältesten in Europa. Die Jagiellonen-Universität wurde vom Minister für Wissenschaft und Hochschulwesen zum internationalen Shareholder der FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research in Europe) GmbH ernannt. Die Jagiellonen-Universität koordiniert und verwaltet seit 2010 die polnische Beteiligung am FAIR-Programm. Die Jagiellonen-Universität - Fakultät für Physik, Astronomie und angewandte Informatik - arbeitet an mehreren großen Projekten im Zusammenhang mit der Entwicklung der wissenschaftlichen Ausstattung von FAIR.

Über das nationale Konsortium FEMTOPHYSICS

Das Nationale Konsortium FEMTOPHYSICS wurde gegründet, um eine Struktur vorzubereiten, die sich auf experimentelle Forschungsaktivitäten an FAIR konzentriert. Die inhaltlichen Aktivitäten des nationalen Konsortiums FEMTOPHYSICS liegen im Bereich der Forschung auf dem Gebiet der Physik und ihrer Anwendungen. Dem nationalen Konsortium gehören folgende renommierte Institute an (in alphabetischer Reihenfolge): die AGH University of Science and Technology, das Institute of Nuclear Physics PAN, das National Centre of Nuclear Research, die Kracow University of Technology, die Warsaw University of Technology, die Wroclaw University of Science and Technology, die Gdańsk University of Technology, die Jagiellonian University in Kraków (koordinierende Einrichtung), die Jan Kochanowski University of Kielce, die University of Lodz, die University of Silesia in Katowice und die University of Warsaw.

Über das GET_INvolved-Programm

Das GET_INvolved-Programm bietet internationalen Studierenden und Nachwuchswissenschaftler*innen aus Partnereinrichtungen die Möglichkeit, Praktika, Traineeships und erste Forschungserfahrungen zu sammeln, um sich in das internationale FAIR-Beschleunigerprojekt einzubringen und gleichzeitig eine wissenschaftliche und technische Ausbildung zu erhalten. Für weitere Informationen zum GET_INvolved Programm können sich Interessierte an die jeweiligen Koordinatoren wenden: Dr. Pradeep Ghosh (GSI und FAIR, Pradeep.Ghosh@fair-center.eu) und Professor Dr. Piotr Salabura (Jagiellonen-Universität, Piotr.Salabura@uj.edu.pl).

Weiterführende Links

FAIR und polnische Beteiligung

Jagiellonen-Universität, Krakau, Polen

IFJ PAN, Krakau, Polen

Zyklotronzentrum Bronowice, CCB

GET_INvolved-Programm

FAIR-Seminare an der JU

Nationales Konsortium FEMTOPHYSICS

Professor Gabriel Martínez-Pinedo erhält den Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis 2022 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Dies ist der wichtigste und höchstdotierte deutsche Forschungspreis. Martínez-Pinedo wird für seine herausragende Arbeit an der Schnittstelle zwischen Astro-, Kern- und Neutrinophysik ausgezeichnet. Er forscht und lehrt am Institut für Kernphysik der TU Darmstadt und am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt.

Der Physiker Gabriel Martínez-Pinedo hat mit seinen Arbeiten dazu beigetragen, eines der größten ungelösten Probleme der Physik im 21. Jahrhundert zu lösen: Wo produziert die Natur schwere Elemente, wie etwa die Edelmetalle Gold oder Platin? Zusammen mit anderen Wissenschaftler*innen, einschließlich Professorin Almudena Arcones aus Darmstadt, zeigte Martínez-Pinedo, dass diese Elemente bei der Verschmelzung von Neutronensternen entstehen und dass bei diesem Prozess ein eindeutiges elektromagnetisches Signal, eine Lichtkurve, erzeugt wird, für das Martínez-Pinedo und Kollegen den Begriff „Kilonova“ prägten. 2017 wurde erstmals eine solche Kilonova beobachtet, und zwar gleichzeitig durch die „Boten“ Licht und Gravitationswellen

Dieser wissenschaftliche Meilenstein, an dem Martínez-Pinedo in einer führenden Rolle beteiligt war, gilt als Geburtsstunde der Multi-Messenger-Astronomie, die ganz neue wissenschaftliche Möglichkeiten eröffnet. So werden künftig die kernphysikalischen Prozesse, die bei der Verschmelzung von Neutronensternen eine wichtige Rolle spielen, nach Fertigstellung des derzeit bei GSI entstehenden internationalen Beschleunigerzentrums FAIR in Darmstadt mit unerreichter Qualität im Labor untersucht werden. So eröffnet sich die Chance, aus Details der Gravitationswellen- und Lichtkurvensignale die Dynamik bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne zu entschlüsseln und fundamentale Fragen zu klären – etwa, wie der Übergang der verschmelzenden Neutronensterne zu einem Schwarzen Loch verläuft, ob bei der Verschmelzung eine neue Form der Materie, die „Quarkmaterie“ durchlaufen wird oder ob verschmelzende Neutronensterne der einzige Ort sind, an dem schwere Elemente im astrophysikalischen r-Prozess entstehen können. Die meisten der am r-Prozess beteiligten Kerne sind extrem kurzlebig, so dass ihre Eigenschaften theoretisch modelliert werden müssen, um den r-Prozess erforschen zu können. Dabei hat Martínez-Pinedo in den letzten Jahren eine weltweit führende Rolle eingenommen.

Gabriel Martínez-Pinedo kombiniert die Expertise auf den Forschungsfeldern Astro-, Kern- und Neutrinophysik und ist so in der Position, in einem hochgradig interdisziplinären Forschungsfeld eine weltweite Führungsrolle einzunehmen.

Weiterer Höhepunkt der wissenschaftlichen Karriere von Gabriel Martínez-Pinedo war die Entdeckung des Neutrino-p-Prozesses, eines während einer Supernova ablaufenden Nukleosyntheseprozesses. In jüngerer Zeit beschäftige der Physiker sich mit der Beschreibung der Wechselwirkung von Neutrinos mit Materie in Supernovae. An der TU Darmstadt und am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung leitet Gabriel Martínez-Pinedo die Arbeitsgruppen für Theoretical Nuclear Astrophysics. Er hat mit seinen Arbeiten an beiden Forschungseinrichtungen maßgeblich dazu beigetragen, Darmstadt als ein Zentrum der Kern-Astrophysik weltweit zu etablieren.

Der Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis wird seit 1986 jährlich von der DFG an in Deutschland arbeitende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedenster Disziplinen verliehen. Pro Jahr können bis zu zehn Preise mit einer Preissumme von jeweils 2,5 Millionen Euro verliehen werden. Der Hauptausschuss der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) erkannte heute zehn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern den Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis 2022 zu. Sie waren zuvor aus 134 Vorschlägen ausgewählt worden. Mit dem Preisgeld sollen unter anderem die Forschungsmöglichkeiten der Ausgezeichneten erweitert werden; die Preisträgerinnen und Preisträger können es bis zu sieben Jahre lang nach ihren eigenen Vorstellungen und ohne bürokratischen Aufwand für ihre Forschungsarbeit verwenden.

Professor Paolo Giubellino, der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, sagt: „Ich bin außerordentlich erfreut über diese Entscheidung der Deutschen Forschungsgemeinschaft und die damit verbundene große Würdigung der exzellenten wissenschaftlichen Arbeit von Gabriel Martínez-Pinedo. Die Auszeichnung belegt zugleich die herausragenden Möglichkeiten in der Forschungsregion Darmstadt, bei GSI und FAIR ebenso wie an der TUD. Mit FAIR werden wir die Perspektiven solch wegweisender Forschung, wie sie Gabriel Martínez-Pinedo betreibt, noch weiter ausbauen können und weitere wichtige Pionierleistungen ermöglichen. Gabriel Martínez-Pinedo gehört als weltweit anerkannter Experte auf dem Gebiet der Entstehung chemischer Elemente im Universum zu den Key-Playern in der Forschungs-Community.“

„Wir gratulieren dem Preisträger Gabriel Martínez-Pinedo zu dieser herausragenden Auszeichnung“, sagt Professorin Tanja Brühl, Präsidentin der TU Darmstadt. „Er hat einen Paradigmenwechsel in der Erforschung der Entstehung schwerer Elemente eingeleitet. Forschungs-Persönlichkeiten wie er stärken die Rolle der Technischen Universität Darmstadt und des GSI Helmholtzzentrums, die gemeinsam zu einem international herausragenden Zentrum der Kern-Astrophysik geworden sind. Wir sind stolz, dass mit Gabriel Martínez-Pinedo ein weiterer Leibniz-Preisträger das Forschungsfeld Matter and Materials der TU Darmstadt mitprägt. Er stärkt mit seiner Expertise zudem die vom HMWK geförderte Exzellenzclusterinitiative ELEMENTS, die wir gemeinsam mit der Goethe-Universität entwickeln.“

Über Gabriel Martínez-Pinedo

Gabriel Martínez-Pinedo studierte an der Autonomen Universität Madrid und promovierte dort in Theoretischer Physik. Seine weitere Laufbahn führte ihn unter anderem ans California Institute of Technology, an die Universitäten Aarhus, Basel und Barcelona. Seit 2005 arbeitet er am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, wo er nun die Theorieabteilung Nukleare Astrophysik und Struktur leitet und 2020 einer der Direktoren der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR wurde. Seit 2011 hat Martínez-Pinedo die Professur für Theoretical Nuclear Astrophysics am Fachbereich Physik der TU Darmstadt inne. Martínez-Pinedo ist vielfach ausgezeichnet; unter anderem erhielt er im vergangenen Jahr einen ERC Advanced Grant für das Projekt “Probing r-process nucleosynthesis through ist electromagnetic signatures (KILONOVA)“. Er ist vielgefragter Sprecher auf internationalen Konferenzen, vertritt sein Fachgebiet in wichtigen internationalen Gremien und veröffentlicht in renommierten wissenschaftlichen Journalen. (TUD/BP)

Weitere Informationen

Mitteilung der TU Darmstadt

Mitteilung der DFG

Drehen wir unseren Kopf, realisiert unser Gehirn diese Drehung vor allem über den visuellen Eindruck – also über das, was wir sehen. Technische Geräte dagegen setzen auf Gyroskope, sprich Rotationssensoren. Wichtig sind diese unter anderem für die Navigation. So detektiert beispielsweise beim Autopiloten im Flugzeug ein Gyroskop die drei verschiedenen Rotationsarten, die das Flugzeug ausführen kann: Es kann rollen, also einen Flügel nach unten und den anderen nach oben drehen, die Nase nach oben beziehungsweise unten ziehen oder sich relativ zum Erdboden drehen. Wichtig sind Gyroskope auch in Fahrzeugen am Boden, etwa in autonom fahrenden Autos.

Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Dmitry Budker publizierte bereits 2012 ihre Idee, Farbzentren in Diamanten als Gyroskope zu nutzen. Nun konnten die Forschenden den praktischen Nachweis dafür erbringen. Ihre Ergebnisse haben sie kürzlich im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht.

Farbzentren in Diamant bereits zur Messung von Magnetfeldern genutzt

"Wir und andere Gruppen nutzen diese Farbzentren bereits seit einigen Jahren zur Messung von Magnetfeldern", erläutert Budker, Physiker an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und am Helmholtz-Institut Mainz (HIM), das neben der Universität auch vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt getragen wird. "Die Messung von Rotationen funktioniert prinzipiell auch wie bei einem Magnetometer, allerdings ergeben sich dabei einige Herausforderungen." So muss der Sensor schwankende magnetische Felder ignorieren, um die Rotationen messen zu können. Diesem Problem konnten Budker und sein Team jedoch beikommen. Einerseits nutzen sie für die Gyroskopie statt der Elektronenspins die Kernspins, die ein wesentlich kleineres magnetisches Moment und deshalb eine geringere Sensitivität für Magnetfelder besitzen. Andererseits konnten die Wissenschaftler externe Magnetfelder weitgehend abschirmen und trotzdem intern ein sehr stabiles Bias-Magnetfeld zur Erzeugung des Messeffekts aufrechterhalten, das auch kaum auf Temperaturschwankungen reagiert. Sollten schwankende Magnetfelder im Außenraum auftreten, "sehen" die Farbzentren diese nicht. Fragestellungen und Herausforderungen rund um dieses Magnetfeld widmete sich Dr. Peter Blümler von der JGU. Die Experimente und der erste Nachweis gelangen allerdings Dr. Andrey Jarmola und Budkers ehemaligem Doktoranden, Dr. Sean Lourette, an der University of California in Berkeley.

Somit berichten die Forscher in ihrer Veröffentlichung über zwei Neuerungen. Erstens konnten sie ihre Idee aus dem Jahre 2012 realisieren und erstmalig Farbzentren von Diamanten als Gyroskop nutzen. Zweitens erarbeiteten sie einen technischen Weg, um dies zu realisieren. Bis in die alltägliche Anwendung sind allerdings noch weitere Herausforderungen zu meistern. (JGU/CP)

Weitere Informationen

• Link zu wisschenschaftlichen Veröffentlichung bei Science Advances (Englisch)
• Link zur Arbeitsgruppe von Professor Budker (Englisch)

Leider musste die für den 25. November beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt geplante Preisverleihung, wie schon 2020, aufgrund der aktuellen Pandemiesituation erneut abgesagt werden. Anfang 2022 wird jedoch ein spezielles Seminar stattfinden, bei dem die Geehrten die Möglichkeit haben werden, ihre Arbeit der interessierten Öffentlichkeit vorzustellen. Auch die beiden Preisträgerinnen des Jahres 2020, Dr. Alina Bendinger vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) Heidelberg und Dr. Giorgia Meschini von der Staatlichen Polytechnischen Universität in Mailand (Politecnico di Milano), werden sich bei diesem Seminar beteiligen.

In ihrer Dissertation mit dem Titel „Normal brain tissue reaction after proton irradiation“ hat sich Dr. Theresa Suckert dem klinisch relevanten Thema der schädigenden Wirkungen auf das Normalgewebe nach Hirnbestrahlung mit Protonen gewidmet. Dazu hat sie zum einen Gewebeschnittkulturen als Ersatzmodell für In-vivo-Experimente untersucht und dabei wichtige Erkenntnisse in Bezug auf die Anwendbarkeit dieses Ansatzes zur Untersuchung von Tumor- und Normalgewebsreaktionen gewonnen. Zum anderen hat sie anhand eines Mausmodells sehr anspruchsvolle Experimente zur hochpräzisen und reproduzierbaren Protonenbestrahlung eines klinisch relevanten Gehirn-Teilvolumens in der Maus durchgeführt. Sie hat dazu den gesamten, sehr komplexen Arbeitsablauf von der Bildgebung über Bestrahlungsplanung, Positionsverifikation, Dosimetrie sowie Gewebeentnahme und -aufarbeitung entwickelt und implementiert. Die so etablierte Bestrahlungstechnik stellt eine essenzielle Grundlage für weiterführende präklinische Experimente dar.

Dr. Felix Horst hat in seiner Dissertation mit dem Thema „Measurement of Nuclear Reaction Cross Sections for Applications in Radiotherapy with Protons, Helium and Carbon Ions” Kernreaktionsquerschnitte für leichte Ionen im therapeutischen relevanten Energiebereich experimentell bestimmt. Die Experimente hat Felix Horst an den Ionenstrahl-Therapieanlagen in Marburg (MIT) und Heidelberg (HIT) durchgeführt. Die totalen Reaktionsquerschnitte für Helium-Ionen haben die Optimierung von Kernreaktionsmodellen und damit eine verbesserte Dosisberechnung ermöglicht. Diese Messungen haben eine besondere Relevanz, da sie direkt in die Bestrahlungsplanung für Patientenbehandlungen mit Helium-Ionen am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT eingeflossen sind. In einer weiteren Analyse strahleninduzierter Positronen-Emitter konnten die entsprechenden Reaktionsquerschnitte genauer bestimmt und damit auch die Reichweitenverifikation mit Hilfe des PET-Verfahrens verbessert werden. Mit dem PET-Verfahren lässt sich die Patientenbestrahlung mit Ionenstrahlen präzise überwachen.

Das Preisgeld für die Dissertationen beträgt jeweils 1500 Euro. Benannt ist die Auszeichnung nach Professor Christoph Schmelzer, dem Mitbegründer und ersten Wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI. Die Nachwuchsförderung auf dem Gebiet der Tumortherapie mit Ionenstrahlen hat inzwischen eine langjährige Kontinuität, bereits zum 23. Mal wurde der Preis nun vergeben. Die Themen der ausgezeichneten, wissenschaftlichen Arbeiten sind von grundlegender Bedeutung für die Weiterentwicklung der Ionenstrahltherapie, da die Ergebnisse der prämierten Arbeiten oftmals Einzug in die klinische Anwendung finden. (BP)

Über den Förderverein

Der Verein zur Förderung der Tumortherapie unterstützt Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Tumortherapie mit schweren Ionen mit dem Ziel, die Behandlung von Tumoren zu verbessern und der allgemeinen Patientenversorgung zur Verfügung zu stellen. An der Beschleunigeranlage bei GSI wurden im Rahmen eines Pilotprojekts von 1997 bis 2008 über 400 Patient*innen mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionenstrahlen behandelt. Die Heilungsraten dieser Methode liegen zum Teil bei über 90 Prozent, und die Nebenwirkungen sind sehr gering. Der Erfolg des Pilotprojektes führte zum Aufbau klinischer Ionenstrahltherapiezentren in Heidelberg und Marburg, an denen nun Patienten routinemäßig mit Ionenstrahlen behandelt werden können.

Weiterführende Informationen

Verein zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen e.V.

Deutsches Konsortium für Translationale Krebsforschung

Technische Universität Dresden

Justus-Liebig-Universität Gießen

Aus physikalischer Sicht ist der Atomkern Zinn-100 magisch, da er zwei stabile Schalenabschlüsse hat. Dennoch ist es sehr schwer seine Masse experimentell zu bestimmen. Einer internationalen Forschungskollaboration am europäischen Forschungszentrum CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) mit Beteiligung von Wissenschaftler*innen des GSI Helmholtzzentrums und der Universität Greifswald ist es nun gelungen, mittels Präzisionsmassenmessungen an den Indium-Isotopen In-99, In-100 und In-101 Rückschlüsse auf die Masse von Zinn-100 zu ermöglichen. 

Ähnlich wie Elektronen in Atomhüllen gruppieren sich auch die Kernbausteine, die Protonen und Neutronen, zu quantenmechanischen Schalen. Sind diese Schalen gefüllt, dann haben die Kerne hohe Bindungsenergien und sind besonders stabil. Daher werden die Schalenabschlusszahlen 8, 20, 28, 50, 82 und 126 auch „magisch“ genannt. Von ganz besonderem Interesse sind die doppelt magischen Kerne. In diesen Kernen erreichen sowohl die Protonenzahl Z als auch die Neutronenzahl N einen stabilen Schalenabschluss. Unter diesen doppeltmagischen Kernen sticht der Kern des Zinn-Isotops Sn-100 hervor. Er ist der schwerste Kern, bei dem Z und N den gleichen Wert besitzen, nämlich 50. Doch bisher ist eine direkte experimentelle Bestimmung seiner Masse äußerst schwierig. Die Gründe liegen in den Schwierigkeiten bei der Herstellung von Sn-100 sowie in dessen kurzer Halbwertszeit von nur etwa einer Sekunde.

In unmittelbarer Nachbarschaft zum doppeltmagischen Sn-100 liegen die Kerne des Elements Indium. Diese haben ein Proton weniger als die Zinnkerne. Am CERN konnten nun mit dem Präzisionsmassenspektrometer ISOLTRAP die Massen der Indium-Isotope In-99, In-100 und In-101 bestimmt werden. Dabei wurde die Masse von Indium-99 erstmalig gemessen, jene von Indium-100 und Indium-101 konnten nun wesentlich genauer als bisher bestimmt werden. Ivan Kulikov, Doktorand bei GSI und FAIR, war an den Experimenten beteiligt und war hierfür vier Jahre ans CERN abgeordnet.

Die neuen Ergebnisse, die in Nature Physics veröffentlicht wurden, bestätigen Werte, die bei GSI in Zusammenarbeit mit Wissenschaftler*innen der Technischen Universität München gemessen wurden. „Der Beta-Zerfall von Sn-100 wurde vor 13 Jahren im Rahmen des RISING-Gammaspektroskopie-Projekts hinter dem FRS der GSI und in jüngerer Zeit mit einer höheren Statistik am RIKEN in Japan im Rahmen der EURICA-Kampagne untersucht. Die beobachtete Diskrepanz zwischen diesen beiden Ergebnissen führt zu heftigen Diskussionen in der Fachwelt", sagt Dr. Magdalena Gorska, die Mitautorin beider Messungen.
Yuri Litvinov, Leiter des ERC-Projekts „ASTRUm", in dessen Rahmen der GSI-Bereich Atomphysik zu diesem Experiment beigetragen hat, erklärt: „Durch die Verwendung des neuen Massenwertes von In-100 und mit Hilfe theoretischer Berechnungen, die von der Gruppe von Prof. Achim Schwenk an der TU Darmstadt durchgeführt wurden, ist es möglich, eine eindeutige Aussage über die Masse von Sn-100 zu treffen, die eine ältere GSI-Messung von C. Hinke et al. begünstigt, die in Nature veröffentlicht wurde." 

Neben anderen Finanzierungsquellen wurde diese Forschung vom Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der Europäischen Union (Finanzhilfevereinbarung 682841 „ASTRUm") unterstützt.

FAIR wird neue Möglichkeiten zur Beantwortung anspruchsvoller Fragen im Bereich der Kernstruktur und -reaktionen eröffnen. Die internationale Beschleunigeranlage, eines der größten Forschungsprojekte weltweit, befindet sich derzeit bei GSI im Bau. Diese Forschung an FAIR wird von der NUSTAR-Kollaboration vorangetrieben, die spezielle, hochmoderne Experimente am künftigen Fragmentseparator Super-FRS aufbaut. (LW/Universität Greifswald)

Mehr Informationen

Originalveröffentlichung: M Mougeot et al. (2021): Mass measurements of 99-101In challenge ab initio nuclear theory of the nuclide 100Sn, Nature Physics
Pressemitteilung der Universität Greifswald

Die Schüler*innen hatten die Gelegenheit, über einen einführenden Vortrag und in kurzen Videozuspielern die Anlagen und die Forschung von GSI kennenzulernen, sowie einen Einblick in den Bau von Komponenten und Gebäuden für die zukünftige internationale Forschungsanlage FAIR zu erhalten. Die geführte Videotour nahm sie mit in den Linearbeschleuniger UNILAC, den Hauptkontrollraum und das Schwerionensynchrotron SIS18. Sie erfuhren, wie man am Experimentierplatz SHIP neue Elemente herstellen, mit Kohlenstoffionen Tumore therapieren sowie wie man mit dem Großexperiment HADES dem Rätsel der Masse auf die Spur kommen kann. Auch ein virtueller Besuch in der Testanlage für supraleitende FAIR-Magnete und auf der Aussichtsplattform auf die FAIR-Baustelle stand auf dem Programm. Ein Drohnenflug über das Baufeld rundete die Veranstaltung ab. Anschließend bestand die Möglichkeit, über einen Live-Chat Fragen zu stellen, was von den Teilnehmenden rege genutzt wurde.

Die Veranstaltungsreihe „Saturday Morning Physics“ wird von der Physikalischen Fakultät der TU Darmstadt ausgerichtet. Sie findet jährlich statt und soll das Interesse junger Menschen an Physik fördern. In den Veranstaltungen erfahren die Schüler*innen mehr über die physikalische Forschung an der Universität. Wer an allen Veranstaltungen teilnimmt, erhält das „Saturday-Morning-Physics“-Diplom. GSI und später FAIR zählen bereits seit dem Start der Reihe zu den Sponsoren und Unterstützern. (CP)

Weitere Informationen:

• Webseite von Saturday Morning Physics

Der Physiker Oliver Noll arbeitet an der Entwicklung des elektromagnetischen Kalorimeters von PANDA, eines der Hauptsysteme des PANDA-Experimentes. Vor Oliver Nolls Arbeit gab es keinen spezifischen Algorithmus für die digitale Signalverarbeitung des APFEL-Auslesechips. In der Doktorarbeit wurde eine detaillierte Studie des APFEL-Signalverlaufes und der Rauschanteile durchgeführt. Weiterhin wurden mit der Arbeit große Beiträge für die Entwicklung, die Konstruktion und den Betrieb eines EMC-Prototypen geleistet, der in Strahlzeiten die Funktionsfähigkeit des PANDA-EMC-Designs bewies und dessen Leistungsfähigkeit optimierte.

Der PhD-Preis wird seit 2013 einmal jährlich von der Panda-Kollaboration für die beste Dissertation verliehen, die im Rahmen des PANDA-Experiments erstellt wurde. Kandidat*innen für den PhD-Preis werden von der jeweiligen Promotionsbetreuung nominiert. Voraussetzung ist neben einem direkten Bezug zur Panda-Forschung die Bewertung der Promotion mit mindestens „sehr gut“. Bis zu drei Kandidat*innen kommen in die engere Auswahl und dürfen ihre Arbeit beim PANDA-Kollaborationsmeeting präsentieren. Die Entscheidung erfolgt durch ein von der PANDA-Kollaboration benanntes Komitee. Mit dem PhD-Preis möchte die PANDA-Kollaboration die Beiträge von Studierenden zum Panda-Projekt besonders würdigen. (BP)

Weitere Informationen

Über die Promotionsarbeit von Dr. Oliver Noll (Englisch)

Über den PANDA-Preis (Englisch)

In dem sogenannten zweiten langen Shutdown (second long shutdown, LS2) wurde der CERN-Beschleuniger LHC (Large Hadron Collider) umfangreichen Upgrades unterzogen und kann nun Bleikerne mit Raten bis zu 50 Kilohertz im ALICE-Detektor zur Kollision bringen. Um dieses Potential voll ausnutzen zu können, musste auch der Messaufbau verbessert werden. Zu diesem Zweck konnte die Zeitprojektionskammer TPC überarbeitet und wieder am ALICE-Detektor eingebaut werden. Ebenfalls wurde ein neuer Myonen-Tracker installiert. Der größte jemals gebaute Pixeldetektor – das Inner Tracking System ITS – nahm im Mai den Platz des Vorgängersystems zwischen dem Strahlrohr und der TPC ein. Als letztes Teil des Puzzles wurde im Juli der Fast Interaction Trigger FIT installiert.

Insbesondere die TPC stellt dabei eine echte Innovation dar: Die bisherigen TPC-Auslesekammern konnten maximal drei Kilohertz verarbeiten. Die neuen Kammern nutzen die sog. GEM-Technologie (Gas Electron Multiplier) und können Daten kontinuierlich auslesen – im Gegensatz zur bisherigen Technik, die auf Vieldrahtproportionalkammern basierte. Nur mit der geänderte Methode ist eine Verarbeitung der neuen hohen Kollisionsraten des LHC möglich. Dies erforderte in Folge auch neue Software-Systeme für Datenaufnahme, Kalibrierung, Rekonstruktion und Analyse.

GSI ist von Anbeginn an der Entwicklung neuer Messinstrumente, insbesondere an Design und Aufbau der ALICE-TPC, und am wissenschaftlichen Programm von ALICE beteiligt. Auch diesmal hat GSI wesentlich zur Konzeption der neuen Auslesekammern beigetragen. Ein beträchtlicher Teil der Kammern wurde in Zusammenarbeit der ALICE-Forschungsabteilung und des Detektorlabors bei GSI gebaut. Mitarbeitende aus beiden GSI-Abteilungen haben auch beim Einsetzen der Kammern vor Ort am CERN mitgewirkt. Ebenfalls hat die IT-Abteilung von GSI zentrale Beiträge zu den neuen Software-Systemen geleistet. Das GSI-Rechenzentrum bleibt ein fester Bestandteil des Computernetzwerks für die Datenauswertung des ALICE-Experiments. Die Expertise aus den Upgrades ist auch für den zukünftigen Betrieb von FAIR relevant. Beispielsweise am Experiment für komprimierte Kernmaterie CBM sollen ebenfalls kontinuierliche Datenströme ausgelesen werden.

Die ALICE-Arbeiten waren Teil einer Helmholtz-weiten Initiative, die neben GSI auch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY) umfasste: Ein großer Investmentbeitrag wurde von der Helmholtz-Gemeinschaft für die Upgrades von ALICE und für die beiden weiteren Experimente ATLAS und CMS zur „vollen Ausnutzung des Large Hadron Colliders“ zur Verfügung gestellt.

ALICE ist eines der vier Großexperimente am Kollisionsbeschleuniger LHC des CERN und beschäftigt sich insbesondere mit Schwerionenstößen von Bleiatomkernen. Wenn die Kerne mit unvorstellbarer Wucht aufeinandertreffen, entstehen Bedingungen wie in den ersten Augenblicken des Universums. Bei den Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma – ein Materiezustand, wie er im Universum kurz nach dem Urknall vorlag. Dieses Plasma wandelt sich in Bruchteilen von Sekunden wieder in normale Materie um. Die dabei produzierten Teilchen geben Aufschluss über die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas. So können die Messungen in die Geburtsstunde des Kosmos blicken und Informationen über die Grundbausteine der Materie und ihre Wechselwirkung enthüllen. (CP)

Weitere Informationen:

• ALICE-Forschungsabteilung bei GSI
• ALICE-Experimentkollaboration (Englisch)
• Meldung des CERN zur LHC-Wiederinbetriebnahme (Englisch)

Es gibt nicht den einen „Königsweg“, vielmehr können verschiedene Partikel und ihre Kombinationen in spezifischen Fällen einen Durchbruch in der Strahlentherapie ermöglichen. So lautet eine Kernaussage des Beitrags, den Professor Durante gemeinsam mit den beiden Radioonkologen Professor Jürgen Debus, Wissenschaftlich-medizinischer Direktor des Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrums (HIT) und Ärztlicher Direktor der Klinik für Radio-Onkologie und Strahlentherapie an der Universität Heidelberg, sowie Professor Jay Stephen Loeffler, Leiter der Strahlenonkologie am Massachusetts General Hospital und der Harvard Medical School in Boston, verfasst hat.

Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung hatte schon früh neue Wege in der Strahlentherapie beschritten und als Erster in Europa eine Schwerionentherapie gestartet. Diese Behandlungsmethode kann die Anforderungen an eine moderne Strahlentherapie besonders gut erfüllen: Die Strahlentherapie sollte im Eintrittskanal, wo sich Normalgewebe befindet, eine möglichst geringe Toxizität aufweisen und damit das gesundes Gewebe schonen, und in der Zielregion, im Tumor selbst, sehr wirksam zelltötend sein. In dieser Hinsicht haben Ionen, die schwerer als Protonen sind, sowohl physikalische als auch strahlenbiologische Vorteile gegenüber herkömmlichen Röntgenstrahlen. Das unterstreichen auch Professor Durante und seine Kollegen in ihrer Bestandsaufnahme: „Die Therapie mit geladenen Teilchen ist die fortschrittlichste Form der Strahlentherapie. Die meisten Patienten werden mit Protonen behandelt, aber schwere Ionen bieten zusätzliche biologische Vorteile.“

Vor mehr als 20 Jahren hatten bei GSI in Darmstadt die klinischen Studien für eine neuartige Krebstherapie mit beschleunigten Kohlenstoffionen begonnen, vorausgegangen waren gemeinsame Forschungen mit der Radiologischen Klinik und dem Deutschem Krebsforschungszentrum Heidelberg (DKFZ) sowie dem Forschungszentrum Rossendorf. Es war der Startpunkt einer Erfolgsgeschichte, die von der Grundlagenforschung in die breite medizinische Anwendung führte. Mittlerweile gibt es ein Dutzend Kohlenstoff-Ionen-Zentren in Europa und Asien, in denen die Therapie durchgeführt wird. Weitere sind im Bau oder in Planung, darunter das erste in den USA. Die klinischen Ergebnisse sind vielversprechend, wobei künftig auch neue Ionen eingesetzt werden sollen wie ⁴He, das häufigere der beiden stabilen Isotope von Helium, oder das stabile Sauerstoffisotop ¹⁶O.

Die Autoren des Review-Artikels geben nicht nur mit großer Expertise eine Übersicht über das sich schnell entwickelnde Forschungsgebiet der Partikeltherapie und stellen das gesamte weitgefächerte Spektrum von der Physik und Technologie der schweren Ionen über die Radiobiologie bis zur Anwendung neuer Ionen und Technologien dar. Sie benennen auch die ausschlaggebenden Faktoren, die über den künftigen Erfolg der Partikeltherapie entscheiden: Beispielsweise wird über die Kosteneffizienz in der klinischen Gemeinschaft kontrovers diskutiert, aufgrund des größeren Platzbedarfs und der höheren Kosten von Schwerionenanlagen im Vergleich zu Protonentherapiezentren. Die Schwerionentherapie ist teurer als die Röntgentherapie. Auf der anderen Seite legt die Strahlenbiologie nahe, dass Schwerionen beispielsweise äußerst wirksam sein können bei hypoxischen Tumoren, also Tumorgewebe mit einer schlechten Sauerstoffversorgung, und die Wirkung der Immuntherapie verbessern.

Somit ist für die Zukunft der Partikeltherapie noch viel weitere Forschung und Entwicklung notwendig, vor allem im Bereich der Beschleuniger und der Strahlführung, um kleinere und kostengünstigere Geräte zu erreichen, um die Teilchentherapie finanziell erschwinglich zu machen und um neue Behandlungsmodalitäten wie FLASH und radioaktive Ionenstrahlen für die bildgesteuerte Therapie zu nutzen.

Professor Durante und seine Mitautoren weisen abschließend darauf hin, dass die Kombination von leichten und schweren Ionen optimale biologische Wirkungen haben kann, und unterstreichen die Notwendigkeit weiterer vorklinischer Forschung in diesen Bereichen. „Das Potenzial von Schwerionen ist in den Kliniken noch längst nicht voll ausgeschöpft worden.“

Auch die aktuelle Forschung bei GSI und FAIR trägt einen wichtigen Teil zur Zukunft der Teilchentherapie bei, immer mit dem Ziel, das therapeutische Fenster in der Strahlentherapie weiter vergrößern. So war es beispielsweise in der aktuellen Experimentierzeit FAIR-Phase 0 erstmals gelungen, ein Kohlenstoffionen-FLASH-Experiment durchzuführen. Dabei geht es um eine ultrakurze und ultrahoch dosierte Bestrahlung, bei der die Behandlungsdosis in Zeitskalen von unter einer Sekunde abgegeben wird. Ziel ist es, bei der FLASH-Bestrahlung noch schädigungsärmer eine hohe Strahlendosis in kurzer Zeit zu applizieren

Außerdem zielt das aktuelle Projekt BARB von Professor Marco Durante, das mit einem ERC-Advanced-Grant gewürdigt und gefördert wird, darauf ab, den selben Strahl für die Behandlung und für die Bildgebung während der Behandlung zu verwenden und so die Präzision zu steigern. Radioaktive Ionenstrahlen sind dafür das ideale Werkzeug. Erst hochmoderne Anlagen wie FAIR können solche intensiven Strahlen erzeugen. (BP)

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Veröffentlichung "Physics and biomedical challenges of cancer therapy with accelerated heavy ions" in Nature Reviews Physics (Englisch)

Yury Litvinov studierte Physik in St. Petersburg und ist seit 1999 Wissenschaftler bei GSI. Im Jahr 2009 ging er für zwei Jahre an das Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, wo er seine Habilitation abschloss. Seit 2011 ist Litvinov aktiv an den APPA/SPARC-Forschungsaktivitäten von FAIR beteiligt. Unter anderem ist er Koordinator der Experimente am Experimentierspeicherring ESR und seit 2012 Leiter der Gruppe „SPARC-Detektoren“ bei FAIR, die Teil der Abteilung „Atomphysik“ ist. Seit 2016 ist Litvinov Principal Investigator für den EU-finanzierten ERC Consolidator Grant „ASTRUm“ und seit 2017 hat er eine außerordentliche Professur an der Universität Heidelberg inne.

„Es ist mir eine große Ehre und ich freue mich sehr, diese wichtige Auszeichnung zu erhalten“, sagte Litvinov anlässlich seiner Ernennung. „Ich werde weiter danach streben, mithilfe der aktuell bei GSI und zukünftig auch FAIR sowie weltweit zur Verfügung stehenden Forschungsanlagen, Speicherringe und Fallensysteme das Wissen über Atom-, Kern- und Astrophysik zu erweitern und im Rahmen meiner Lehrtätigkeit auch an die Nachwuchsforschenden weiterzugeben.“

Die APS ist die wichtigste Berufsorganisation für Physiker*innen in den Vereinigten Staaten und eine der renommiertesten weltweit. Sie hat über 55.000 Mitglieder aus dem akademischen Bereich, den nationalen Laboratorien und der Industrie. Die Aufgabe der APS besteht darin, das physikalische Wissen zum Nutzen der Menschheit zu erweitern und zu verbreiten, die Physik zu fördern und der gesamten Physikgemeinschaft zu dienen. Die Fellows werden aufgrund ihrer herausragenden Beiträge zur Physik ausgesucht. Jedes Jahr werden auf der Grundlage eines genau definierten Nominierungs- und Bewertungsverfahrens nicht mehr als ein halbes Prozent der APS-Mitglieder zu Fellows gewählt. (CP)

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• Webseite der APS (Englisch)

„Das eng beieinanderliegende Erscheinen der beiden Inhalte demonstriert exemplarisch das außerordentlich weite thematische Spektrum an Spitzenforschung bei GSI und FAIR von Grundlagenforschung bis angewandte Forschung. Ich freue mich sehr über die herausragende und breit aufgestellte Wissenschaft auf unserem Forschungscampus“, sagt der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino.

Mit medizinischer Forschung beschäftigt sich der Beitrag von Professor Marco Durante, Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, den er gemeinsam mit zwei renommierten Radioonkologen veröffentlicht hat: Professor Jürgen Debus, Wissenschaftlich-medizinischer Direktor des Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrums (HIT) und Ärztlicher Direktor der Klinik für Radio-Onkologie und Strahlentherapie an der Universität Heidelberg, und Professor Jay Stephen Loeffler, Leiter der Strahlenonkologie am Massachusetts General Hospital und der Harvard Medical School in Boston.

Der Artikel beschreibt den aktuellen Stand der Schwerionen-Strahlentherapie, mit der GSI in Europa als Erste begonnen hatte. Die klinischen Ergebnisse aus Japan und Deutschland sind vielversprechend, doch ist weitere Forschung und Entwicklung im Bereich der Beschleuniger und der Strahlführung erforderlich, um die Geräte kleiner und kostengünstiger zu machen und um neue, faszinierende Behandlungsmodalitäten wie FLASH und radioaktive Ionenstrahlen für die bildgesteuerte Therapie zu nutzen. Durante und seine Mit-Autoren weisen darauf hin, dass die Kombination von leichten und schweren Ionen – eher als ein „Allheilmittel“ zu sein – optimale biologische Wirkungen haben kann, und unterstreichen die Notwendigkeit weiterer vorklinischer Forschung in diesen Bereichen.

Um Grundlagenforschung dreht sich der Beitrag von Professor Takehiko R. Saito, leitender Wissenschaftler aus der GSI/FAIR-Forschungssäule NUSTAR, den er als Erstautor gemeinsam mit mehreren Forschungskolleg*innen veröffentlicht hat. Von GSI/FAIR waren Vasyl Drozd, Dr. Shizu Minami und Professor Christoph Scheidenberger beteiligt.

Die Forschenden lenken den Blick auf Hyperkerne; das sind Kerne, die neben Protonen und Neutronen einen weiteren Kernbaustein mit einem so genannten Strange-Quark enthalten. Die Untersuchungen solcher Hyperkerne mittels energetischer Schwerionenkollisionen haben bei den leichten Hyperkernen mit nur wenigen Protonen oder Neutronen und einem Λ-Hyperon - letzteres enthält das Strange Quark - einige Überraschungen ergeben, z.B. die unerwartete Existenz eines gebundenen Zustands von zwei Neutronen mit einem solchen Λ-Hyperon. „Die Lösung dieser Rätsel wird sich auf unser Verständnis nicht nur der grundlegenden baryonischen Wechselwirkungen mit Strange-Quarks, sondern auch der Beschaffenheit des tiefen Inneren von Neutronensternen auswirken. Wir fassen hier laufende Projekte und Experimente an verschiedenen Einrichtungen weltweit zusammen und skizzieren Zukunftsperspektiven“, erläutern die Autoren. (BP)

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Veröffentlichung "Physics and biomedial challenges of cancer therapy with accelerated heavy ions" in Nature Reviews Physics (Englisch)

Veröffentlichung "New directions in hypernuclear pysics" in Nature Reviews Physics (Englisch)

Alle heute auf der Erde existierenden schweren Elemente wurden unter extremen Bedingungen in astrophysikalischen Umgebungen gebildet: im Inneren von Sternen, in Sternexplosionen, sowie während der Kollision von Neutronensternen. Forschende beschäftigt die Frage, in welchem dieser astrophysikalischen Ereignisse die geeigneten Bedingungen zur Bildung der schwersten Elemente wie Gold oder Uran vorhanden sind. Die spektakuläre erste Beobachtung von Gravitationswellen und elektromagnetischer Strahlung einer Neutronensternverschmelzung im Jahr 2017 deutete darauf hin, dass viele schwere Elemente in diesen kosmischen Kollisionen erzeugt und freigesetzt werden können. Offen bleibt jedoch die Frage, wann und warum das Material herausgeschleudert wird und ob es womöglich noch andere Ereignisse gibt, in denen schwere Elemente produziert werden können.

Aussichtsreiche Kandidaten für die Produktion von schweren Elementen sind schwarze Löcher, die von einer Akkretionsscheibe aus dichter und heißer Materie umkreist werden. Ein solches System entsteht sowohl nach der Verschmelzung zweier massiver Neutronensterne als auch während eines sogenannten Kollapsars, dem Kollaps und der anschließenden Explosion eines rotierenden Sternes. Die interne Zusammensetzung solcher Akkretionsscheiben war bisher weitestgehend unverstanden, insbesondere was die Bedingungen angeht, unter denen sich ein Überschuss an Neutronen bildet. Eine hohe Anzahl an Neutronen ist eine Grundvoraussetzung für die Synthese schwerer Elemente, da sie den schnellen Neutroneneinfang (rapid neutron-capture process bzw. r-Prozess) ermöglicht. Eine Schlüsselrolle spielen dabei die nahezu masselosen Neutrinos, da sie eine Umwandlung zwischen Protonen und Neutronen ermöglichen.

„Wir haben in unserer Studie erstmals mittels aufwändiger Computersimulationen systematisch die Umwandlungsraten von Neutronen und Protonen für eine große Zahl an Scheibenkonfigurationen untersucht und dabei gefunden, dass die Scheiben sehr reich an Neutronen sind, solange bestimmte Bedingungen erfüllt sind“, erklärt Dr. Oliver Just aus der Gruppe „Relativistische Astrophysik“ der GSI-Forschungsabteilung „Theorie“. „Maßgeblich ist die Gesamtmasse der Scheibe. Je massereicher die Scheibe, desto öfter werden Neutronen aus Protonen durch Einfang von Elektronen und unter Abstrahlung von Neutrinos gebildet und stehen somit zur Synthese schwerer Elemente mittels r-Prozess zur Verfügung. Bei zu hohen Scheibenmassen spielt die entgegengesetzte Reaktion eine erhöhte Rolle, das heißt, es werden wieder mehr Neutrinos von Neutronen eingefangen, bevor sie die Scheibe verlassen. Diese Neutronen wandeln sich zurück in Protonen um, was den r-Prozess behindert.“ Wie die Studie zeigt, liegt die optimale Scheibenmasse für eine ergiebige Produktion an schweren Elementen bei etwa 0,01 bis 0,1 Sonnenmassen. Das Ergebnis liefert ein starkes Indiz, dass Neutronensternverschmelzungen, die Akkretionsscheiben mit genau diesen Massen erzeugen, der Ursprungsort eines großen Anteils der schweren Elemente sein könnten. Ob und wie häufig entsprechende Akkretionsscheiben in Kollapsar-Systemen vorkommen, ist allerdings derzeit noch unklar.

Neben den möglichen Prozessen des Massenauswurfs werden in der Forschungsgruppe rund um Privatdozent Dr. Andreas Bauswein auch die von der ausgestoßenen Materie erzeugten Lichtsignale erforscht, mithilfe derer man in zukünftigen Beobachtungen kollidierender Neutronensterne auf die Masse und Zusammensetzung der ausgestoßenen Materie rückschließen möchte. Ein wichtiger Baustein für das korrekte Auslesen dieser Lichtsignale ist die genaue Kenntnis der Massen und anderer Eigenschaften der neu gebildeten Elemente. „Diese Daten sind derzeit nur unzureichend vorhanden. Aber mit der nächsten Generation von Beschleunigern, beispielsweise mit FAIR, werden sie in Zukunft mit bisher unerreichter Genauigkeit gemessen werden können. Das gut koordinierte Zusammenspiel von theoretischen Modellen, Experimenten und astronomischen Beobachtungen wird uns Forschenden in den nächsten Jahren ermöglichen, Neutronensternverschmelzungen als Ursprung der r-Prozess-Elemente zu testen“, prognostiziert Bauswein. (CP)

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• Wissenschaftliche Veröffentlichung im Journal „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“

Die Geschäftsführung von GSI und FAIR gratuliert herzlich zum Nobelpreis: „Wir freuen uns sehr mit Giorgio Parisi, der neben seinen mit dem Nobelpreis gewürdigten Beiträgen für herausragende Wissenschaft im Bereich der Elementarteilchenphysik steht, wie sie auch auf unserem Campus an GSI und FAIR betrieben wird.“

Der Italiener Giorgio Parisi hat sich zusätzlich zu und zeitlich vor seinen nun ausgezeichneten Arbeiten zu „Unordnung und Fluktuationen in physikalischen Systemen“ mit der Physik der Elementarteilchen beschäftigt. Er leistete zusammen mit dem italienischen Physiker Nicola Cabibbo einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des Phasenübergangs zwischen Quark-Gluon-Plasma und hadronischer Materie und machte im Rahmen der APE Kollaboration (Array Processor Experiment am Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN, in Italien) grundlegende Entdeckungen zur Struktur von Hadronen, insbesondere zu „Glueballs“. Seine bahnbrechende Veröffentlichung zusammen mit dem italienischen Physiker Guido Altarelli zu „Asymptotic freedom in parton language“ ( Nucl.Phys.B 126 (1977) 298-318 ) ist mit mehr als 7500 Zitationen eine der am meisten zitierten Arbeiten in der gesamten Kern-und Teilchenphysik und hat die Grundlagen gelegt für unser Verständnis der Rolle von Gluonen in Kollisionen zwischen Elementarteilchen und/oder Atomkernen bei hoher Energie. Sie hat zu den „DGLAP“-Gleichungen geführt, die zentral sind für die quantitative Beschreibung der allermeisten Hochenergie-Kollisionen.

Giorgio Parisis wissenschaftliche Ansätze werden auch in Zukunft viel Gewicht am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR haben: Die Arbeit mit Cabibbo ist ein wichtiger Meilenstein für die Physik zum Quark-Gluon-Plasma und damit direkt verknüpft mit dem Physikprogramm des CBM Experimentes. Die Arbeiten mit der APE-Kollaboration und insbesondere die mit Altarelli, bilden unter vielem anderen auch die Basis für Forschung, die am PANDA-Experiment geplant sind.

Parisi hielt außerdem 2018 bei der „Quark Matter Konferenz“, der wichtigsten internationalen Konferenz auf diesem Gebiet, in Venedig den Eröffnungsvortrag zum wissenschaftlichen Programm mit dem Titel „Some considerations on the quark-gluon plasma“. Der erste Teil des Vortrags ging über das oben zitierten Cabibbo-Parisi-Papier und die heute noch aktuelle Frage der Thermalisierung in komplexen Systemen und bereitete damit den Boden zu wichtigen Diskussionen auf der Konferenz. Der zweite Teil beschäftigte sich mit der Struktur komplexer Systems, dem nun mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Forschungsbereich.

In der Mitteilung des Nobelpreiskomitees zur Würdigung von Giorgio Parisis Leistung heißt es: „Um 1980 entdeckte Giorgio Parisi verborgene Muster in ungeordneten komplexen Materialien. Seine Entdeckungen gehören zu den wichtigsten Beiträgen zur Theorie der komplexen Systeme. Sie ermöglichen es, viele verschiedene und scheinbar völlig zufällige Materialien und Phänomene zu verstehen und zu beschreiben, nicht nur in der Physik, sondern auch in anderen, sehr unterschiedlichen Bereichen wie Mathematik, Biologie, Neurowissenschaften und maschinelles Lernen.“

Diese Bandbreite betont auch der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino: „Die Entscheidung des Nobelpreiskomitees zeigt, wie eng scheinbar entferntere Forschungsbereiche zusammenhängen und wie wichtig die grundlegenden Methodiken zur komplexen Beschreibung von ganz unterschiedlichen naturwissenschaftlichen Phänomenen sind. Sie bringen sich gegenseitig voran und befruchten sich. Grundlagenforschung ist daher ganz entscheidend. Ich freue mich außerordentlich über diese besondere Würdigung der wissenschaftlichen Arbeit meines Kollegen und Freundes.“

Der gebürtige Römer Parisi schloss 1970 sein Physikstudium an der Universität La Sapienza in Rom ab, wo er seit 1992 Professor für Quantenphysik ist. Er arbeitet auf verschiedenen Teilgebieten der Physik, etwa der Hochenergiephysik, der Quantenchromodynamik, der Theorie der Phasenübergänge, der Statistischen Mechanik, der Mathematischen Physik, der Biophysik und in anderen Bereichen. (BP)

GSI- und FAIR-Mitarbeitende können sich ein Exemplar im Foyer oder am Empfang in der Borsigstraße abholen. Wer den DIN-A2-großen Kalender von FAIR und GSI bestellen möchte, wendet sich direkt per E-Mail an gsi-kalender(at)gsi.de  (Datenschutzhinweis) und erhält den Kalender per Post zugesandt. Bitte folgende Angaben nicht vergessen: eigener Name, eigene Adresse und die gewünschte Anzahl der Kalender. Wir bitten um Verständnis, dass aufgrund der limitierten Auflage pro Anfrage maximal drei Kalender versendet werden können (solange der Vorrat reicht). (LW)
 

Sämtliche bekannten Atomkerne und damit fast die gesamte sichtbare Materie bestehen aus Protonen und Neutronen – und doch sind viele Eigenschaften dieser allgegenwärtigen Bausteine der Natur noch nicht verstanden. Insbesondere das Neutron als ungeladenes Teilchen verschließt sich vielen Messungen und es gibt auch 90 Jahre nach seiner Entdeckung noch viele offene Fragen, beispielsweise in Bezug auf seine Größe und seine Lebensdauer. Das Neutron besteht seinerseits aus drei Quarks, die, über Gluonen verbunden, darin umherschwirren. Physiker*innen nutzen elektromagnetische Formfaktoren, um diese dynamische innere Struktur des Neutrons zu beschreiben. Die Formfaktoren geben somit eine mittlere Verteilung von elektrischer Ladung und Magnetisierung innerhalb des Neutrons wieder und können experimentell bestimmt werden.

Weißer Fleck auf der Landkarte der Formfaktoren mit präzisen Daten gefüllt

„Ein einzelner Formfaktor, gemessen bei einer bestimmten Energie, sagt zunächst einmal nicht viel aus“, erläutert Prof. Dr. Frank Maas, Wissenschaftler am Mainzer Exzellenzcluster PRISMA⁺, dem Helmholtz-Institut Mainz (HIM) und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt. „Erst die Kenntnis der Formfaktoren bei verschiedenen Energien erlaubt Rückschlüsse auf die Struktur des Neutrons.“ Für bestimmte Energiebereiche, die über klassische Streuexperimente von Elektronen an Protonen zugänglich sind, sind die Formfaktoren mit guter Genauigkeit bekannt. Für weitere Bereiche, die nur über sogenannte Annihilations-Experimente, bei denen sich Materie und Antimaterie gegenseitig vernichten, zugänglich sind, war dies bisher nicht der Fall.

Nun es ist es gelungen, am BESIII-Experiment in China genau diese Daten für den Energiebereich von 2 bis 3,8 Gigaelektronenvolt zu messen, und zwar im Vergleich zu vorherigen Messungen mit mehr als 60-mal größerer Genauigkeit, wie die Kollaboration in der aktuellen Ausgabe von Nature Physics berichtet. „Im übertragenen Sinne haben wir einen weißen Fleck auf der ,Landkarte‘ der Neutron-Formfaktoren, der bisher unbekanntes Terrain war, mit neuen Daten ausgefüllt“, sagt Frank Maas. „Diese sind nun ähnlich präzise wie Daten aus den korrespondieren Streuexperimenten. Dadurch wird sich die Datenlage hinsichtlich der Formfaktoren des Neutrons radikal verändern und wir erhalten auf diese Weise ein weit umfassenderes Bild über diesen wichtigen Baustein der Natur.“

Echte Pionierarbeit bei schwierigem Untersuchungsobjekt

Um in den gewünschten Bereich der Formfaktor-„Landkarte“ vordringen zu können, benötigen die Physiker*innen Antiteilchen. Für ihre Messungen nutzte die internationale Kollaboration daher den „Beijing Electron-Positron Collider II“. Hier werden Elektronen und ihre positiven Antiteilchen, die Positronen, in einem Beschleuniger zur Kollision gebracht und vernichten sich unter Aussendung verschiedener neuer Teilchenpaare gegenseitig – die Physik nennt dies Annihilation. Den Prozess, bei dem sich aus einem Elektron und einem Positron ein Neutron und ein Anti-Neutron bilden, haben die Forschenden mit dem BESIII Detektor beobachtet und analysiert. „Solche Annihilations-Experimente sind bei Weitem nicht so etabliert wie klassische Streuexperimente“, sagt Frank Maas. „Viel Entwicklungsarbeit war nötig, um das aktuelle Experiment durchführen zu können – die Intensität des Beschleunigers musste verbessert und der Detektor für das schwer fassbare Neutron praktisch neu erfunden werden. Auch die Analysetechnik ist alles andere als trivial. Da hat unsere Kollaboration echte Pionierarbeit geleistet.“

Weitere interessante Phänomene

Damit noch nicht genug: Bei ihren Messungen haben die Physiker*innen festgestellt, dass der Formfaktor in Abhängigkeit der Energie keine glatte Linie ergibt, sondern ein oszillierendes Muster zeigt, bei dem die Ausschläge mit zunehmender Energie kleiner werden. Dieses überraschende Verhalten haben sie in ähnlicher Weise beim Proton beobachtet – allerdings sind die Ausschläge gespiegelt, also phasenverschoben. „Das neue Feature spricht zunächst einmal dafür, dass die Nukleonen keine einfache Struktur haben“, erläutert Frank Maas. „Nun sind unsere Kolleginnen und Kollegen in der Theorie gefragt, Modelle für dieses außergewöhnliche Verhalten zu entwickeln.“

Schließlich rückt die BESIII-Kollaboration mit ihren Messungen noch das Bild des Verhältnisses der Formfaktoren von Neutron und Proton zurecht. Hier hatte das FENICE-Experiment vor vielen Jahren ein Verhältnis größer eins gemessen, was bedeutet, dass das Neutron durchgehend einen größeren Formfaktor aufweist als das Proton. „Da das Proton geladen ist, würde man es aber genau umgekehrt erwarten“, so Frank Maas. „Und genau dies sehen wir, wenn wir unsere Daten zum Neutron mit kürzlich bei BESIII gemessenen Daten zum Proton vergleichen. Hier haben wir unser Bild der kleinsten Teilchen also wieder zurechtgerückt.“

Aus dem Kleinen heraus das Große verstehen

Wichtig sind die neuen Erkenntnisse vor allem, weil sie sehr grundlegend sind, meint Frank Maas.  „Sie geben einen neuen Einblick in die fundamentalen Eigenschaften des Neutrons. Zudem können wir durch den Blick auf die kleinsten Bausteine der Materie auch Phänomene verstehen, die sich in den größten Dimensionen abspielen – wie die Verschmelzung zweier Neutronensterne. Diese Physik der Extreme ist schon sehr faszinierend.“ (JGU/JL)

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• Nature-Artikel
• Exzellenzcluster PRISMA+ der JGU
• Helmholtz-Institut Mainz

Der Otto-Hahn-Preis 2021 geht an Professor Klaus Blaum vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg. Die Auszeichnung ist mit 50.000 Euro dotiert und wird gemeinsam von der Stadt Frankfurt am Main, der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) und der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) getragen. Die Verleihung erfolgte am 5. November im festlichen Rahmen der Frankfurter Paulskirche. Durch seine wissenschaftliche Arbeit, aber auch durch wichtige Gremientätigkeiten ist Klaus Blaum seit langem mit GSI und FAIR verbunden. Beispielsweise war er viele Jahre als Mitglied im GSI-Aufsichtsrat tätig sowie stellvertretender Vorsitzender des FAIR-GSI Joint Scientific Council.

„Eine Passion für Präzision“ charakterisiert in prägnanter Form die Forschung des Physikers Klaus Blaum, der in diesem Jahr mit dem Otto-Hahn-Preis ausgezeichnet wird. Seine Arbeiten sind wegbereitend für weite Bereiche der Atom-, Kern- und Teilchenphysik, insbesondere für den Test der fundamentalen Kräfte der Natur im Mikrokosmos.

„Die Fragen, mit denen sich Klaus Blaum auseinandersetzt, sind nur auf den ersten Blick weit weg von unserer Lebenswirklichkeit“, beschreibt Oberbürgermeister Peter Feldmann die Arbeiten des Preisträgers. „Er ist, wie man als Laie vielleicht sagen könnte, der Kartograph des Mikrokosmos. Mit Akribie und Genauigkeit vermisst er, welche Kräfte dort walten. Durch ihn begreifen wir die Wirkmechanismen unserer Umwelt. Er beweist, dass die so verstandene Arbeit im Kleinen eben nicht klein-klein ist – sondern, ganz im Gegenteil, unser Verständnis von Welt geradezu herausfordert.“

„Mit seiner Forschung erweitert Blaum unsere Erkenntnisse von den grundlegenden Eigenschaften der Bestandteile der uns umgebenden Materie“, ergänzt Lutz Schröter, Präsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Die Forschungsaktivitäten von Blaum sind weit gefächert und lassen sich am besten mit dem „Studium exotischer Teilchen und Zustände“ zusammenfassen. Dazu gehören Untersuchungen an hochgeladenen Ionen, an kurzlebigen Atomkernen, an Antimaterie sowie an schwersten, künstlichen Elementen.

„Mit Klaus Blaum erhält ein Ausnahmewissenschaftler den Otto-Hahn-Preis", sagt Peter R. Schreiner, Präsident der Gesellschaft Deutscher Chemiker. „Die Erkenntnisse aus seinen Arbeiten schaffen auch für die chemische Forschung wichtige Grundlagen.“

Heute werden die Eigenschaften elementarer Teilchen und die zwischen ihnen wirkenden Kräfte oft bei höchsten Energien untersucht. Eine Reihe grundlegender Fragen der Teilchenphysik und der Kosmologie lassen sich aber besonders gut bei niedrigen Energien verfolgen.

Da hier die Effekte in der Regel außerordentlich winzig sind, ist höchste Präzision gefordert. Dazu entwickelte Blaum mit seiner Gruppe eine große Anzahl ausgeklügelter Techniken und führte die Experimente oft nur an einzelnen Teilchen bei tiefsten Temperaturen durch. Mittels einer Reihe brillanter Ideen und durch außergewöhnliches Experimentiergeschick kombinierte er anspruchsvolle Techniken der Atom-, Kern- und Beschleunigerphysik.

Blaum hat seine wissenschaftlichen Ergebnisse in mehr als 450 wissenschaftlichen Artikeln in den führenden und international höchst anerkannten Physikzeitschriften veröffentlicht. Obgleich er mit 49 Jahren in Wissenschaftskreisen als jung gilt, gehört er bereits zu den weltweit produktivsten und meistzitierten Forscherinnen und Forschern auf dem Gebiet der Präzisionsphysik und Messtechnik.

Klaus Blaum wurde am 27. Dezember 1971 in Bad Sobernheim in Rheinland-Pfalz geboren. Er studierte Physik an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, wo er nach dem Diplom 1997 und mehreren Forschungsaufenthalten am Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) in Richland, USA, im Jahr 2000 bei Ernst-Wilhelm Otten (1934 - 2019) promoviert wurde. Im Anschluss war er bis 2002 wissenschaftlicher Mitarbeiter am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und arbeitete am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf. Dort war er bis 2004 Projektleiter für „Massenspektrometrie exotischer Kerne mit ISOLTRAP an ISOLDE“. Im Oktober 2004 übernahm Blaum für vier Jahre die Position des Projektleiters der Helmholtz-Hochschul-Nachwuchsgruppe „Experimente mit gespeicherten und gekühlten Ionen“ an der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz. 2006 habilitierte er sich dort über Hochpräzisionsmassenspektrometrie mit Penningfallen für geladene Teilchen und Speicherringen.

Blaum lehrte von 2004 bis 2008 an der Universität Mainz. Für seine Lehrtätigkeit wurde ihm der Lehrpreis des Landes Rheinland-Pfalz 2006 verliehen. Im Oktober 2007 erhielt er im Alter von nur 35 Jahren die Berufung zum Direktor und wissenschaftlichen Mitglied des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg. Im April 2008 folgte seine Berufung zum Honorarprofessor (W3) der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg. Seit Juli 2020 ist Blaum als Vizepräsident der Max-Planck-Gesellschaft zuständig für die Institute der Chemisch-Physikalisch-Technischen Sektion.

Schon in jungen Jahren wurde Blaum mit einer Reihe von hoch angesehenen Preisen ausgezeichnet, darunter 2004 mit dem Gustav-Hertz-Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft für seine hervorragenden Arbeiten über die Massenbestimmung instabiler Atomkerne sowie 2012 mit dem Helmholtz-Preis der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und 2020 mit dem Lise-Meitner-Preis der Europäischen Physikalischen Gesellschaft (EPS). 2019 wurde er als Auswärtiges Mitglied in die Physikklasse der "Royal Swedish Academy of Sciences" aufgenommen.

Der Otto-Hahn-Preis wird gemeinsam von der Stadt Frankfurt am Main, der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) und der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) verliehen. Er dient der Förderung der Wissenschaft insbesondere auf den Gebieten der Chemie, Physik und der angewandten Ingenieurwissenschaften durch die Anerkennung herausragender wissenschaftlicher Leistungen. Er ist mit 50 000 Euro dotiert und wird alle zwei Jahre mit einem Festakt in der Frankfurter Paulskirche verliehen. (DPG/GDCh/Stadt Frankfurt/BP)

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Stream von der Verleihung des Otto-Hahn-Preises 2021 an Klaus Blaum

Über Klaus Blaum

Über den Otto-Hahn-Preis

Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Marco Durante, Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, Professorin Silvia Masciocchi, Leiterin der Forschungsgruppe ALICE bei GSI, und Dr. Ingo Peter, Leiter der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit von GSI und FAIR, empfingen die italienischen Gäste. Im Mittelpunkt des Besuchsprogramms standen die aktuellen und geplanten Forschungstätigkeiten sowie die Hightech-Entwicklungen für FAIR, insbesondere die italienischen Aktivitäten dabei.

S.E. Botschafter Armando Varricchio gilt als einer der profiliertesten und bekanntesten Diplomanten der Republik Italien. Er verfügt über breite internationale Erfahrung auf verschiedenen politischen Ebenen und war diplomatischer Berater mehrerer italienischer Ministerpräsidenten. Seit Juni 2021 ist er Italienischer Botschafter in Deutschland, zuvor war er als Botschafter in den Vereinigten Staaten tätig. Armando Varricchio zeigte sich bei seinem Besuch beeindruckt von den vielversprechenden Perspektiven, die sich durch das internationale Beschleunigerzentrum FAIR ergeben, das derzeit bei GSI entsteht: „FAIR ist ein faszinierendes internationales Projekt, das einzigartige Möglichkeiten bietet und neue Entwicklungen vorantreibt. Die Forschung und die Experimente bei GSI und FAIR sind wichtig für den wissenschaftlichen Fortschritt, von dem die ganze Gesellschaft profitieren kann. Ich freue mich, dass Italien hier durch die Mitarbeit zahlreicher engagierter, italienischer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie durch die italienische Hightech-Industrie eine wichtige Rolle spielt.“

„Ich bin außerordentlich erfreut, dass wir Armando Varricchio herzlich bei uns willkommen heißen konnten. Wir fühlen uns sehr geehrt, dass eine seiner ersten Reisen als Botschafter in Deutschland zu unserer Forschungseinrichtung führt und danken ihm für das große Interesse an unserer Wissenschaft“, sagte Professor Paolo Giubellino. „Die italienische Wissenschafts-Community und GSI/FAIR sind eng verbunden, Forschende aus Italien leisten hervorragende Beiträge in einer Vielzahl von wissenschaftlichen und technischen Bereichen bei GSI und FAIR, und Italien hat durch die Herstellung von High-Tech-Komponenten für FAIR einen großen industriellen Nutzen. Wir hoffen, dass wir diese erfolgreiche Zusammenarbeit mit Italien künftig noch weiter ausbauen können.“

Italien ist wissenschaftlich und technologisch stark bei GSI/FAIR engagiert: Auf eine langjährige Zusammenarbeit von italienischen Forschungseinrichtungen wie der italienischen nationalen Kernphysikinstitution (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN) und GSI/FAIR aufbauend, sind italienische Forschende in vielen Bereichen und Kollaborationen bei GSI und FAIR vertreten. Dies gilt beispielsweise für den Bereich der Biophysik mit seiner großen thematischen Bandbreite von Weltraumforschung bis Tumortherapie, oder für das Großexperiment R3B, das Reaktionsexperimente mit hochenergetischen exotischen Kernen ermöglicht. Außerdem sind über 40 Mitarbeitende von GSI/FAIR Italiener*innen, darunter der wissenschaftliche Geschäftsführer und zwei Abteilungsleitende.

Außerdem werden mehrere wichtige Aufträge für FAIR-Hightech-Komponenten von italienischen Unternehmen umgesetzt. So werden beispielsweise die supraleitenden Magnete für den Fragmentseparator (Super-FRS), die zentrale Apparatur des NUSTAR-Experiments, von der Firma ASG Superconductors und die Stromrichter von OCEM hergestellt, beides italienische Firmen. Weitere Beispiele für wichtige technologische Zusammenarbeit gibt es auch beim großen FAIR-Ringbeschleuniger: Teile des Testprogramms für die Quadrupol-Modulreihe werden in einer Test-Einrichtung im italienischen Salerno durchgeführt.

Bei einem geführten Rundgang konnten sich die Gäste ausführlich über FAIR informieren. Zu den Stationen, an denen junge italienische Forschende ebenso wie verantwortliche Wissenschaftler*innen Einblicke in ihre Arbeit gaben, gehörten das Großexperiment HADES, der Medizinbestrahlungsplatz der Biophysik und die Testeinrichtung für supraleitende Beschleunigermagneten. Außerdem konnten die Gäste von der Aussichtsplattform direkt an der FAIR-Baustelle den Fortschritt beim Bau des künftigen Beschleunigerzentrums in Augenschein nehmen. Anschließend gab es Gelegenheit für eine Zusammenkunft der diplomatischen Besucher mit italienischen Wissenschaftler*innen und eine kurze Ansprache des Botschafters an seine Landsleute, die bei GSI/FAIR arbeiten. (BP)

Über S.E. Botschafter Armando Varricchio

Armando Varricchio ist seit 21. Juni 2021 Italienischer Botschafter in der Bundesrepublik Deutschland, nachdem er seit dem 2. März 2016 als Italienischer Botschafter in den Vereinigten Staaten tätig war.

In der Ständigen Vertretung Italiens bei der Europäischen Union, als Kabinettschef des Ministers für Europäische Angelegenheiten und als Diplomatischer Berater des Präsidenten der Europäischen Kommission befasste sich Botschafter Varricchio hauptsächlich mit europäischen und transatlantischen Themen. Als Diplomatischer Berater der Ministerpräsidenten Enrico Letta und Matteo Renzi und zuvor als Beigeordneter Diplomatischer Berater von Staatspräsident Giorgio Napolitano betreute er die kompliziertesten internationalen Themen, insbesondere Sicherheitsfragen.

Als persönlicher Vertreter ("Sherpa") bei den G7-/G8- und G20-Gipfeln behandelte er sowohl auf nationaler als auch auf europäischer Ebene die wichtigsten globalen Themen, speziell Wirtschafts- und Finanzfragen.

Er war Botschafter in Belgrad und zuvor Leiter der Wirtschaftsabteilung der Botschaft in Washington, während er als junger Diplomat in Budapest die Auflösung des Warschauer Paktes und der Sowjetunion erlebte. Sein Studium der internationalen Beziehungen an der Universität Padua schloss er mit Auszeichnung (Laurea con lode) ab und schlug 1986 eine diplomatische Karriere ein, bis er 2014 den Rang eines Botschafters erreichte. Zuvor war er in der Privatwirtschaft als Assistent des Finanzdirektors des italienischen Textilunternehmens Marzotto Group tätig.

Er ist Träger des Großkreuzes des Verdienstordens der Italienischen Republik und erhielt zahlreiche Ehrungen aus dem Ausland.

Dr. Christian Graeff, der die Gruppe Medizinische Physik innerhalb der GSI-Biophysik leitet, ist neuer Professor am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik (ETIT) der TU Darmstadt. Seine Lehrtätigkeit liegt im Rahmen des Masterstudiengangs Medizintechnik, der Kenntnisse und Fähigkeiten in den Ingenieurswissenschaften und der Humanmedizin vermittelt. Nach seinem Studium des Medizin-Ingenieurwesens an der TU Hamburg-Harburg hat Christian Graeff über Computertomographie-gestützte Osteoporosediagnostik zum Dr.-Ingenieur promoviert und zunächst als Postdoc in der Gruppe Medizinische Physik in der GSI-Abteilung Biophysik gearbeitet, bevor er 2012 die Leitung dieser Gruppe übernahm.

Schwerpunktthemen sind neben neuartigen Anwendungen von Ionenstrahlen (beispielsweise Forschungen zur Behandlung von Herzrhythmusstörungen mit dem Einsatz von Kohlenstoffionen) auch die Entwicklung von Verfahren zur Bestrahlung bewegter Ziele mit gescannten Ionenstrahlen sowie die Entwicklung neuer Therapiekontrollsysteme für das Rasterscanning. Für seine wissenschaftlichen Leistungen wurde Christian Graeff unter anderem mit dem Günther-von-Pannewitz-Preis der Deutschen Gesellschaft für Radioonkologie (DEGRO) ausgezeichnet sowie mit dem Behnken-Berger-Preis für junge Nachwuchswissenschaftler*innen.

Dr. Burkhard Jakob, der die Gruppe Molekulare Radiobiologie und Bildgebung innerhalb der GSI-Biophysik leitet, übernimmt eine Honorarprofessur am Fachbereich Biologie der TU Darmstadt. Zu seiner Lehrtätigkeit gehört beispielsweise die Durchführung des Mastermoduls „Strahlenbiophysik“. Nach seinem Studium der Chemie an der Universität Würzburg promovierte Burkhard Jakob über oxidationsempfindliche Fluoreszenzfarbstoffe zur Bestimmung der Ozonverteilung in Blättern. Zu GSI kam er 1999 als Postdoc, danach war er in der Gruppe Molekulare Radiobiologie als Seniorwissenschaftler tätig, bevor er 2019 die Leitung dieser Gruppe übernahm.

Schwerpunkte seiner Forschung liegen auf den biologischen Auswirkungen und der mikroskopischen Visualisierung von molekularen und zellulären Antworten auf ionisierende Strahlung wie DNA-Schäden und deren Reparaturmechanismen speziell nach Teilchenbestrahlung. Für seine wissenschaftlichen Leistungen erhielt Burkhard Jakob unter anderem den Preis der Deutschen Gesellschaft für Strahlenbiologische Forschung (GBS) für junge Wissenschaftler und den Hanns-Langendorff-Preis für den ersten Nachweis einer lokalen Schadensantwort im Zellkern nach dichtionisierender Teilchenstrahlung sowie den Messungen dynamischer Reparaturprozesse in lebenden Zellen an den Strahlplätzen der GSI.

Der Leiter der Abteilung, Marco Durante, der bereits Professor an der TUDa-Physik ist, sagte: „Ich bin sehr stolz auf die Gruppenleiter der Abteilung Biophysik. Ihre Berufung an die TUDa ist ein Zeichen für die Weltklasse-Wissenschaft, die unsere Gruppe bei GSI betreibt, und für die Qualität der Gruppenleiter. Die GSI-Biophysik ist weltweit führend in der Erforschung der biologischen Wirkungen schwerer Ionen und ihrer Anwendungen in der Therapie und im Weltraum.“ (BP)

Die trilaterale Wissenschaftsplattform stand unter dem Motto „Grenzüberschreitende Innovationen für Mitteleuropa“. Die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in enger Zusammenarbeit mit dem Freistaat Sachsen organisierte Konferenz brachte hochrangige Vertreter aus Politik, Bildung und Forschung aus Polen, der Tschechischen Republik und Deutschland zusammen, unter anderem nahmen Bundestagspräsident Wolfgang Schäuble, der polnische Ministerpräsident Mateusz Morawiecki und Petr Očko, der tschechische Vizeminister für Handel und Industrie daran teil.

Die Plattform bot große Perspektiven zu drängenden Themen wie nachhaltige regionale Zusammenarbeit, Industrie 4.0, wasserstoffbasierte Mobilitätsoptionen für die Zukunft, Industriebeteiligung an der Gründung von mehr Start-ups in einem tri- oder bilateralen Rahmen, bestehende Partnerschaften und Finanzierungsprogramme für die Mobilität junger Forschender und Studierender und zeigte auch auf, wie man von bestehenden Partnerschaften profitieren kann. Die Teilnehmenden diskutierten außerdem die Chancen und Herausforderungen von Forschung und Innovation für die nachhaltige wirtschaftliche Entwicklung Mitteleuropas.

Am zweiten Tag fand eine Podiumsdiskussion zum Thema deutsch-polnische Zusammenarbeit bei internationalen Großgeräten statt, die von Frau Ministerialdirigentin Dr. Oda Keppler vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) moderiert wurde. Diskussionsteilnehmer waren Professor Paolo Giubellino (Wissenschaftlicher Geschäftsführer GSI/FAIR, Alicja Nowakowska (Stellvertretende Vorsitzende des Verwaltungs- und Finanzausschusses von FAIR, Jagiellonen-Universität Polen) und Professor Maciej Chorowski (Wrocław University of Science and Technology, Polen). Die Podiumsteilnehmer informierten über das FAIR-Projekt als exemplarisches Beispiel für die deutsch-polnische Zusammenarbeit und betonten die Wichtigkeit eines gemeinsamen internationalen Vorgehens, einer wissenschaftlichen Zusammenarbeit und von starken Wirtschafts-Partnerschaften, um Spitzentechnologie in die wissenschaftliche Infrastruktur und auf den Markt zu bringen.

Die Veranstaltung markierte schon einen weiteren Schritt in der Zusammenarbeit zwischen GSI/FAIR und den polnischen Universitäten auf der Grundlage gegenseitiger Interessen mit dem Ziel, die Mobilitätsmöglichkeiten für junge Studierende und Forschende zu fördern, Synergien zwischen den Partnern zu erzeugen und die Schaffung eines Rahmens für den Aufbau von Kapazitäten für den künftigen FAIR-Betrieb zu erleichtern. Bei der feierlichen Unterzeichnung in Gegenwart von Staatssekretär Professor Wolf-Dieter Lukas beurkundeten die polnischen Universitätsvertreter Professor Przemyslaw Wiszewski, Rektor Universität Wrocław, und Professor Maciej Chorowski, Wrocław University of Science and Technology, gemeinsam mit den FAIR-Geschäftsführern Dr. Ulrich Breuer und Professor Paolo Giubellino die Partnerschaftsvereinbarungen. Die Veranstaltung wurde live über die Streaming-Plattform des BMBF auf dessen Website übertragen.

Professor Paolo Giubellino sagte: „Das FAIR-Projekt ist ein internationales Projekt zum Aufbau einer Weltklasse-Einrichtung für Wissenschaftler*innen der nächsten Generation. Polen ist eines der Gründungsmitglieder von FAIR. Ich freue mich sehr, dass zwei der führenden polnischen Universitäten und FAIR/GSI zusammenarbeiten, um Mobilitätsmöglichkeiten zu fördern und Nachwuchsforschende darin zu unterstützen, in der Grundlagenwissenschaft und bei fortschrittlichen Technologien zusammenzuarbeiten. Internationale Kollaborationen sind essenziell, um die Qualität der Forschung zu verbessern und die Entwicklung von Talenten zu fördern. Die GET_INvolved-Partnerschaften mit der Universität Breslau und der Wrocław University of Science and Technology sind Beispiele für unsere fruchtbare Zusammenarbeit mit polnischen Universitäten bei der Schaffung von Möglichkeiten für junge Wissenschaftler*innen.“

Professor Przemyslaw Wiszewski sagte: „Die Universität Wrocław möchte gemeinsam mit anderen Forschungszentren internationale Spitzenforschung betreiben. Dazu ist es wichtig, unsere geografische Lage zu nutzen. Hier in Mitteleuropa, im Dreiländereck von Polen, Tschechien und Deutschland, wollen wir europaweit wichtige Forschungen und Projekte durchführen. Unser Ziel ist es, dass Europa in einigen Jahren von einem starken internationalen Forschungskonsortium erfährt, in dem nicht nur Forschende aus unseren drei Ländern zusammenarbeiten, sondern für das wir, dank der starken wissenschaftlichen Position, hervorragende Forschende aus der ganzen Welt anziehen.“

Professor Maciej Chorowski sagte: „Die Wrocław University of Science and Technology ist ein anerkanntes Exzellenzzentrum für Kryotechnik – eine Schlüsseltechnologie für supraleitende Hochenergiebeschleuniger. Dank des Baus der FAIR-Beschleunigeranlage haben wir die einzigartige Gelegenheit, hochmoderne Komponenten zu entwickeln und zu liefern, die das Kühlen auf Tiefsttemperaturen von supraleitenden Magneten und Sammelschienen ermöglichen. Die bei FAIR und anderen Großforschungseinrichtungen gesammelten Erfahrungen ermöglichen es uns, aktiv an der wasserstoffgetriebenen Transformation von Energieerzeugung und Mobilität mitzuwirken. Die GET_INvolved-Partnerschaft mit FAIR wird Studierenden und jungen Forschenden den Zugang zu einer globalen Forschungsgemeinschaft erleichtern.“

Professor Dariusz Lydzba sagte: „An der Wrocław University of Science and Technology streben wir an, eine bedeutende europäische Forschungsuniversität zu werden. Deshalb ist die Entwicklung der internationalen Zusammenarbeit so wichtig für uns. Nicht nur, um zu zeigen, welche Möglichkeiten und Labore wir haben, sondern auch, um den Wissenschaftler*innen von Wrocław Tech den Zugang zu den Lösungen unserer europäischen Partner zu erleichtern. Diese Vereinbarung ist ein Beleg dafür, aber auch ein klares Signal, dass die Position der Wrocław University of Science and Technology stärker wird. Ich glaube, dass dies für alle Mitglieder des Konsortiums ein großer Schritt in die Zukunft sein wird, und wir werden nicht lange auf die Effekte warten müssen.“ (BP)

Weitere Informationen

Für weitere Informationen über das GET_INvolved-Programm können sich Interessierte an die jeweiligen Koordinatoren Dr. Pradeep Ghosh (GSI und FAIR, Pradeep.Ghosh@fair-center.eu), Dr. Jaroslaw Polinksi (WUST, jaroslaw.polinski@pwr.edu.pl) und Professor Eugeniusz Zych (University of Wrocław, prorektor.nauka@uwr.edu.pl) wenden.

Weiterführende Links

• GET_INvolved-Programm
• University of Wrocław
• Wrocław University of Science and Technology

Ganz besonderen exotischen Atomkernen wollen die Wissenschaftler*innen in der kommenden Experimentierzeit nachjagen: sogenannten Hyperkernen. Gewöhnliche Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen, die sich wiederum aus insgesamt drei Up- und Down-Quarks zusammensetzen. Ersetzt man eins der Quarks durch eine andere Sorte, nämlich durch ein Strange-Quark, erhält man ein Hyperon. Atomkerne, in denen ein oder mehrere Hyperonen eingebaut sind, heißen Hyperkerne. Sie lassen sich mithilfe von Teilchenkollisionen an Beschleunigern erzeugen. Anschließend können ihre Zerfälle in Messaufbauten wie dem WASA-Detektor und dem FRS beobachtet und ihre Eigenschaften im Detail untersucht werden.

Professor Takehiko Saito, leitender Wissenschaftler aus der GSI/FAIR-Forschungssäule NUSTAR, ist Erstautor der Veröffentlichung „New directions in hypernuclear physics“ (dt. Neue Wege in der Hyperkern-Physik) in der Fachzeitschrift „Nature Reviews Physics“, in der bisherige Ergebnisse, offene Fragen und neue Möglichkeiten im Bereich der Hyperkernforschung aufgezeigt werden. „Die Hyperkerne könnten Licht auf die Vorgänge im Inneren von Neutronensternen werfen. Nach aktuellen Vorhersagen sollten Hyperkerne dort sehr zahlreich vorkommen. Allerdings sind einige ihrer Eigenschaften noch nicht hinreichend genau bekannt. Unter anderem wollen die Forschenden in den geplanten Experimenten die Bindungsenergie und die Lebensdauern von verschiedenen Hyperkernen genauer bestimmen sowie neue Variationen entdecken“, berichtet Saito. „Dazu hat das schon früher bei GSI/FAIR durchgeführte HypHI-Experiment bereits entscheidende Vorarbeiten geleistet, stieß nun aber an seine Grenzen. Die Kombination aus WASA und FRS verspricht verbesserte Ergebnisse und Informationen zu liefern. Der Detektor hat eine höhere Nachweiseffizienz für die Messung aller Zerfallsprodukte der Hyperkerne. In Zukunft wird auch die FAIR-Anlage, die gerade errichtet wird, umfassende neue Möglichkeiten zur Erforschung der Hyperkerne eröffnen.“

WASA steht für „Wide Angle Shower Apparatus”, auf Deutsch: Weitwinkel-Apparat für (Teilchen-)Schauer. Das Design erlaubt die Verfolgung einer großen Anzahl von Teilchenspuren aus hochenergetischen Kernkollisionen. So ist das Instrument dann auch eine riesige, fast geschlossene Kugel, die innen mit einer Vielzahl von Messgeräten bestückt ist, die teils wie Stacheln nach außen ragen. Sie bestehen aus Szintillations- und Gasdetektoren, die geladene und neutrale Teilchen nachweisen können. Im Inneren steckt ein supraleitender Solenoid-Magnet, der mit flüssigem Helium auf vier Kelvin abgekühlt werden muss. Die meisten Teile des Detektors werden derzeit durch die internationale WASA@FRS-Kollaboration modernisiert. Einen großen Anteil an der Entwicklung und den Verbesserungen des Detektors trägt dabei das japanische Team der Kollaboration.

Verantwortlich für den technischen Aufbau des WASA-Detektors am FRS sind die beiden NUSTAR-Ingenieure Tobias Weber und Philipp Schwarz. „Aufgrund der engen räumlichen Gegebenheiten war der kompakte und leistungsfähige WASA-Detektor die beste Wahl für das Experiment am FRS“, erläutert Weber. „Wir mussten dazu Teile des FRS ausbauen, um Platz für WASA freizuräumen.“ Schwarz ergänzt: „Um den Detektor an seinen Einsatzort zu bringen, mussten wir die tonnenschweren, aber höchst empfindlichen Komponenten des Detektors mittels mehrerer Deckenkräne vorsichtig quer durch unsere Experimentierhallen transportieren. Bisher hat alles gut und dem Zeitplan entsprechend geklappt. Demnächst können wir die Inbetriebnahme am FRS starten, damit für die Experimente nächstes Jahr alles bereit ist.“

Vor dem Einbau bei GSI/FAIR hat WASA schon einige Einsätze hinter sich gebracht. Der Aufbau wurde ursprünglich am Svedberg-Labor in Schweden und später am COSY-Ring des Forschungszentrums Jülich genutzt. Auch die Nutzung am FRS ist nur temporär. Im Anschluss an die Experimente wird er ausgebaut, so dass der FRS wieder bereit für weitere NUSTAR-Experimente zur Untersuchung exotischer Nuklide ist. (CP)

Weitere Informationen

• Veröffentlichung "New directions in hypernuclear physics" in Nature Reviews Physics (Englisch)

Die Arbeit befasst sich mit leistungsstarken lasergesteuerten Quellen im XUV-Bereich als Alternative zu großtechnischen Lichtquellen wie Synchrotrons oder Freie-Elektronen-Lasern (FEL). Diese können, wie Klas zeigte, durch die Erzeugung hoher Harmonischer (High Harmonic Generation, HHG) von ultraschnellen Faserlasern mit hoher Durchschnittsleistung erreicht werden. Solche laserähnlichen XUV-Quellen, die weniger komplex und für den Benutzer besser zugänglich sind, finden heute Anwendung in der linsenlosen Bildgebung oder der zeitaufgelösten Spektroskopie. Insbesondere können sie mit den Speicherringanlagen bei GSI und FAIR für die Präzisionsspektroskopie kombiniert werden. Diese Verbindung wird eine einzigartige Forschung über den heutigen Stand der Technik hinaus ermöglichen.

Zur Umsetzung wurde eine Machbarkeitsstudie zur XUV-Photoionisation von Kohlenstoffionen auf der Grundlage einer lasergetriebenen XUV-Quelle vorgeschlagen, erhielt Strahlzeit und wurde von der SPARC-Kollaboration am CRYRING in den Jahren 2019 und 2021 durchgeführt. Klas hat im Rahmen seiner Promotion bahnbrechende Beiträge geleistet, um erstmals XUV-Laserspektroskopie an Schwerionenspeicherringen zu ermöglichen. Die Arbeiten wurden an der Friedrich-Schiller-Universität Jena, am Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena und am Helmholtz-Institut Jena durchgeführt.

Der SPARC PhD Award wird seit 2018 jährlich verliehen und ist mit einem Preisgeld von 200 Euro verbunden. Mit dem Preis wird die beste Promotionsarbeit innerhalb der Kollaboration bezüglich der Atomphysik mit Schwerionen an den Forschungsanlagen von GSI und FAIR geehrt. SPARC steht für Stored Particles Atomic Physics Research Collaboration (dt. Forschungskollaboration für die Atomphysik mit gespeicherten Teilchen). Aktuell gehören über 400 Mitglieder aus 26 Ländern der Kollaboration an. Sie experimentieren mit den bestehenden atomphysikalischen Anlagen bei GSI und bereiten neue Experimente und Aufbauten am zukünftigen FAIR-Beschleuniger vor. (CP)

Weitere Informationen

• Webseite der SPARC-Kollaboration

Insgesamt fünf Meter lang ist der Kryostat des HELIAC-Demonstrators. In Zukunft wird er drei Beschleunigerkavitäten vom Typ Crossbar H-mode (CH) sowie eine Strahlfokussierungskavität (Buncher) enthalten. Diese Komponenten befinden sich noch im Test bzw. in der Fertigung. Deshalb sind zum jetzigen Zeitpunkt äußerlich identische Ersatzkavitäten verbaut, die jedoch keine inneren Strukturen enthalten. Sie werden genutzt, um das mechanische Verhalten des Moduls unter Abkühlung zu untersuchen. Bereits fertig eingebaut sind zwei Solenoidlinsen und zwei Korrekturelemente – beide supraleitend.

Erstmals konnte der Demonstrator nun erfolgreich auf vier Kelvin heruntergekühlt werden. Dazu wurde flüssiges Helium von der GSI-Magnettestanlage verwendet. Die supraleitenden Solenoidlinsen wurden genutzt, um Schwerionenstrahl aus dem GSI-Hochladungsinjektor durch das Kryomodul zu fokussieren und mit Hilfe von Korrekturspulen auf der Achse zu halten.

„So konnten mit dem Aufbau bereits alle relevanten transversalen strahloptischen Untersuchungen erfolgreich durchgeführt werden. Damit ist ein wichtiger Zwischenschritt bei der Inbetriebnahme des Moduls erreicht“, erläutert Professor Winfried Barth, Leiter der Sektion 1 für Beschleuniger und integrierte Detektoren am Helmholtz-Institut Mainz und gleichzeitig Leiter der Abteilung „Linac“ bei GSI/FAIR. Das Helmholtz-Institut Mainz, eine Außenstelle von GSI, verantwortet alle Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zum Bau des HELIAC.

„In Kürze wird der Advanced Demonstrator in das Labor für Supraleitende Radiofrequenz des Helmholtz-Instituts Mainz transportiert, das einmalige Fertigungsinfrastruktur zur Verfügung stellt und die zur Endmontage des Kryomoduls erforderlichen hochreinen Bedingungen bereit stellt“, ergänzt sein Stellvertreter und HELIAC-Projektleiter Dr. Maksym Miski-Oglu. „Dort sollen in einem nächsten Schritt die drei funktionalen CH-Kavitäten und der Buncher in das Kryomodul integriert werden. Die endgültige Inbetriebnahme mit Schwerionenstrahl ist für Mitte 2022 bei GSI/FAIR geplant.“

Die ebenfalls supraleitenden CH-Kavitäten des HELIAC können schwere Ionen mit hoher Effizienz beschleunigen. Aufgrund ihres Dauerstrich-Betriebsmodus bezeichnet man den Aufbau auch als cw-Linac (cw für engl. continuous wave). Von dem kontinuierlichen Teilchenstrahl des HELIAC sollen in Zukunft mehrere Experimentbereiche profitieren, beispielsweise die Forschung an neuen superschweren Elementen und die Materialforschung. (CP)

Durch die Verknüpfung verschiedener Technologien hat ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftler*innen der Materialforschung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, des Nationalen Wissenschaftlichen und Technischen Forschungsrates (CONICET) in Argentinien und der University of Illinois in den USA einen hochempfindlichen Nanoporen-Sensor entwickelt, der gezielt SARS-CoV-2-Viren und humane Adenoviren in verschiedensten Proben wie Speichel, Serum oder Umweltproben wie Abwasser nachweist. Der Sensor kombiniert zwei Schlüsselkomponenten: einen empfindlichen Nanokanal und hochspezifische DNA-Moleküle, die an der Kanaloberfläche angebracht sind. Nach Angaben der Forschungsgruppen ist die Methode genauso präzise wie PCR-Tests, aber einfacher und schneller und liefert Ergebnisse in weniger als zwei Stunden. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Die Technologie zur Herstellung von Membranen mit einzelnen Nanoporen wurde am GSI über viele Jahre entwickelt. Dünne Polymerfilme werden am Linearbeschleuniger UNILAC mit einem einzelnen hochenergetischen Schwerionenprojektil (z.B. 1 GeV Goldion) beschossen. Dort, wo das Ion die Folie passiert, erzeugt es eine nanoskopische Schadensspur, die durch chemisches Ätzen in einen offenen Nanokanal umgewandelt wird. Der Durchmesser und die Form des Kanals werden durch die Ätzparameter eingestellt. Für diese Arbeit wurden asymmetrische Nanoporen mit einer kleinen Öffnung von weniger als 50 Nanometern hergestellt. Die geringe Größe und die spezifische Geometrie gewährleisten eine besonders hohe Empfindlichkeit für Transportprozesse durch den Kanal.

Die Selektivität des Sensors wird durch einen In-vitro-Selektionsprozess für DNA-Fragmente erreicht, sogenannte Aptamere, die in die Nanopore eingebaut werden. Diese Aptamere sind nicht nur in der Lage, das Virus zu erkennen, sondern können auch erkennen, ob es infektiös ist oder nicht. Die hier verwendeten Aptamere wurden von Ana Sol Peinetti während ihrer Arbeit als Postdoktorandin an der University of Illinois in Urbana-Champaign entwickelt. Da sie mit der GSI-Nanoporen-Technologie durch ihre vorherige Arbeit mit der Gruppe von Omar Azzaroni am Institut für theoretische und angewandte physikalisch-chemische Forschung (INIFTA, CONICET-UNLP) (Argentinien) vertraut war, konnte sie beide Technologien erfolgreich kombinieren.

Dass mit dieser Methode infektiöse und nicht infektiöse Viren unterschieden werden können, ist laut den Wissenschaftler*innen eine wesentliche Neuerung. Die bekannten PCR-Tests weisen virales Erbgut nach, können aber nicht unterscheiden, ob eine Probe infektiös ist oder ob eine Person ansteckend ist. Die einzigen Tests, die derzeit infektiöse Viren nachweisen können, sind Plaque-Tests. Sie erfordern eine spezielle Vorbereitung und tagelange Inkubation, bevor sie Ergebnisse liefern, während der neue Aptamer-Nanoporen-Sensor Ergebnisse innerhalb von 30 Minuten bis zu zwei Stunden liefert und keine Vorbehandlung der Probe nötig ist. 

Ob ein Virus infektiös ist oder nicht gibt nicht nur Aufschluss darüber, ob Patient*innen ansteckend sind, sondern bietet auch eine Möglichkeit, herauszufinden, ob bestimmte Inaktivierungsstrategien tatsächlich funktionieren. "Zusammen mit Omar Azzaroni und Ana Sol Peinetti (jetzt Gruppenleiterin am Institut für Chemie, Physik der Materialien, Umwelt und Energie in Buenos Aires) arbeiten wir in einem neuen Projekt zusammen, in dem auf der Grundlage dieses neuen Sensors die Effizienz verschiedener Virusinaktivierungsprotokolle getestet werden soll", erklärt Maria Eugenia Toimil-Molares, Leiterin der Ionen-Spur-Nanotechnologiegruppe bei GSI. 

Die Nanoporen-Sensortechnologie hat auch über die Corona-Pandemie hinaus großes Potenzial. "Um andere Viren nachzuweisen, muss man nach einem Pool von Molekülen suchen, die als Aptamere dienen: neue Moleküle für neue Viren. Wir beabsichtigen sogar, Aptamere zu erhalten, die zwischen verschiedenen Varianten von SARS-Cov-2 unterscheiden können", erklärt Peinetti. In der Veröffentlichung zeigen die Autoren auch den Nachweis infektiöser humaner Adenoviren, die weltweit für wasserbedingte Atemwegserkrankungen verantwortlich sind. 

Über den Virusnachweis hinaus bildet die GSI-Nanoporentechnologie die Grundlage für weitere Sensoroptionen. Zahlreiche Gruppen auf der ganzen Welt entwickeln spezifische Funktionalisierungsstrategien, um Nanoporen-Sensoren selektive Funktionalitäten zu verleihen. Nanoporen in Ionenspurmembranen sind sehr vielseitig, da sie so modifiziert werden können, dass sie auf viele verschiedene äußere Veränderungen wie Temperatur, pH-Wert, Licht, Spannung oder das Vorhandensein bestimmter Ionenspezies, Moleküle oder Medikamente reagieren. In den letzten Jahren wurden in Zusammenarbeit mit den Kollegen am INIFTA mehrere hochempfindliche Nanoporen-Sensorplattformen entwickelt. "Unsere Vision ist es, die funktionalisierte Nanoporenmembran in ein tragbares Gerät zum schnellen und effizienten Nachweis und zur Diagnose von Viren zu integrieren", sagt Christina Trautmann, Leiterin der GSI-Abteilung Materialforschung. (LW)

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Original-Veröffentlichung: Direct detection of human adenovirus and SARS-CoV-2 with ability to inform infectivity using a DNA aptamer-nanopore sensor

Das Hessische Ministerium für Wissenschaft und Kunst hat die Gründung einer Forschungsakademie zur Förderung des Engagements hessischer Universitäten am Teilchenbeschleuniger FAIR bewilligt und fördert diese mit drei Millionen Euro pro Jahr. Die neue Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR (HFHF) mit den drei Standorten Darmstadt, Frankfurt und Gießen unterstützt die auf FAIR ausgerichtete Wissenschaft an der Technischen Universität Darmstadt, der Goethe-Universität Frankfurt und der Justus-Liebig-Universität Gießen.

„Mit FAIR entsteht eine weltweit einzigartige Anlage, die auch für die hessische Forschungslandschaft von herausragender Bedeutung ist“, erklärt Hessens Wissenschaftsministerin Angela Dorn. „Mit dem Teilchenbeschleuniger wird es möglich sein, den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute zu erforschen. Es geht um Grundlagenwissen ebenso wie um die Entwicklung neuartiger Anwendungen für Technik und Medizin. Dabei sollen die hessischen Universitäten eine führende Rolle spielen. Auch die klugen Köpfe von morgen sollen von dieser Quelle des Wissens profitieren – die hessischen Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler und die Studierenden. Dafür etablieren wir die Helmholtz-Forschungsakademie Hessen für FAIR.“

Die internationale Großforschungsanlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) entsteht als außeruniversitäre Forschungseinrichtung neben dem Gelände des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt. Die Forschungsakademie soll als universitätsübergreifende Einrichtung die an den drei Hochschulen und am Frankfurt Institute für Advanced Studies (FIAS) vorhandene Expertise in den FAIR-Forschungsgebieten ausbauen und langfristig etablieren. Das Land hat die auf FAIR ausgerichtete Forschung an den Universitäten schon im Rahmen der LOEWE-Exzellenzinitiative unterstützt und so die Etablierung von rund 30 neuen Professuren ermöglicht. Die Forschungsakademie HFHF widmet sich nun hauptsächlich der Förderung des talentierten Nachwuchses.

„Da FAIR Forschung auf Weltniveau für mehrere Jahrzehnte verspricht, ist es essentiell, schon heute die besten Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler zu gewinnen und zu fördern, um diese langfristigen Möglichkeiten optimal zu nutzen. Die Forschungsakademie ermöglicht es uns, an den Universitäten dieses Ziel zu erreichen und eine führende Rolle in der FAIR-Forschung zu spielen“, betont Prof. Dr. Dr.-Ing. Peter Kämpfer, Sprecher des Akademierats der HFHF und Vizepräsident für Forschung und Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses an der Justus-Liebig-Universität Gießen.

Die wissenschaftliche Ausrichtung der Forschungsakademie HFHF wird von acht Direktorinnen und Direktoren koordiniert, die eine Professur an den Partneruniversitäten von HFHF haben und international ausgewiesene Expertinnen und Experten auf den unterschiedlichen Forschungsgebieten von FAIR sind. Der geschäftsführende Direktor der Forschungsakademie, Prof. Dr. Dr. h. c. Marcus Bleicher von der Goethe-Universität Frankfurt, sieht in der neuen Einrichtung eine einmalige Chance: „Die Förderung durch die Forschungsakademie erlaubt es mir und meinen Kolleginnen und Kollegen an den Partnerinstitutionen, langfristig auf FAIR ausgerichtete Forschung auf hohem internationalen Niveau zu betreiben und eine führende Rolle in den unterschiedlichen FAIR-Forschungsgebieten zu spielen.“

Ein internationales Evaluationskomitee hat den Forschungsplan der HFHF für 2021 bis 2025 sehr positiv begutachtet und zur Umsetzung empfohlen. „Im Expertengremium waren wir sehr beeindruckt von dem Forschungsplan, der uns zur Evaluierung vorgelegt worden ist. Auf dieser Basis wird die Forschungsakademie exzellente wissenschaftliche Ergebnisse erzielen können und den hessischen Universitäten bei der FAIR-Forschung eine führende Rolle sichern“, fasst Professor Karl-Heinz Kampert, Astroteilchenphysiker an der Bergischen Universität Wuppertal und Vorsitzender des Evaluationskomitees, das Ergebnis zusammen.

Die drei an der Forschungsakademie beteiligten Universitäten tragen jährlich insgesamt 5 Millionen Euro zur akademischen Ausstattung der HFHF bei. „Das ist uns die Förderung exzellenten wissenschaftlichen Nachwuchses und die Zusammenarbeit mit GSI wert“, betont Prof. Dr. Barbara Albert, Vizepräsidentin für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs der TU Darmstadt.

Das GSI flankiert die Förderung durch bilaterale Zusammenarbeiten mit Forschungsgruppen der Partneruniversitäten und des FIAS-Instituts im finanziellen Umfang von ebenfalls 3 Millionen Euro pro Jahr. „Wir setzen hier eine Tradition langfristig fort, von der GSI und später FAIR sowie unsere hessischen Partner stark profitieren werden. Es ist für unser Zentrum essentiell, nicht nur Spitzenforschung zu ermöglichen, sondern auch den wissenschaftlichen Nachwuchs für diese Forschung zu begeistern. Dies ist uns durch die enge Zusammenarbeit mit den Universitäten gelungen. HFHF wird diese Tradition nicht nur fortsetzen, sondern weiter ausbauen, zum Vorteil der Forschung allgemein, aber vor allem zur Sicherung des Wissenschaftsstandorts Hessen“, freut sich Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR und Professor für Kernphysik an der TU Darmstadt. (HMWK/BP)

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Die Helmholtz-Forschungsakademie Hessen für FAIR

Pressemitteilung des Hessischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst

Die jeweils einstündigen Veranstaltungen beginnen mit einem kurzen Impulsvortrag zum Forschungsthema der Wissenschaftler*innen, im Anschluss stehen sie bereit, um sich von den Schüler*innen befragen zu lassen. „Dabei kann und soll es nicht nur um fachliche Fragen gehen, sondern auch um den Alltag von Forschenden. Die Schüler*innen sind eingeladen, auch über andere Aspekte wie Studienwahl, Karriere, Vereinbarkeit von Familie und Beruf oder Genderaspekte zu reden“, sagt Projektleiter und Initiator Dr. Arjan Vink, Leiter der GSI/FAIR-Drittmittelstelle. „Diese tieferen Einblicke in die Wissenschaft sollen einen Anreiz für die Jugendlichen setzen, auch eine Karriere in der Wissenschaft bei der anstehenden Berufswahl in Betracht zu ziehen.“

Die über 20 teilnehmenden Forschenden von GSI und FAIR wurden in vorangehenden Workshops gezielt darauf vorbereitet, den Schüler*innen mit eigens für das Projekt angeschafftem technischem Equipment für Videokonferenzen Rede und Antwort zu stehen. Alle wissenschaftlichen Thematiken rund um GSI und FAIR werden abgedeckt: Ob Bau und Betrieb von Beschleunigern, die Arbeit an riesigen Detektoren zur Messung von Kernreaktionen, die Vorgänge im Weltall, die Erforschung neuer, superschwerer Elemente oder die Tumortherapie mit Ionenstrahlen – für alle diese und noch viel mehr Forschungsgebiete stehen Expert*innen zur Verfügung. Karrierestufen von Doktorand*innen bis zu Professor*innen sind vertreten, um einen Einblick in den Karriereweg zu geben.

Die Veranstaltungen finden online als Videokonferenzen statt. Lehrkräfte der Oberstufe können Termine für „Meet a scientist“ im Klassenverband anfragen. Die Klassen können sich dann entweder als Einzelpersonen oder im Verband in die Veranstaltungen einwählen. Eine Übersicht über die teilnehmenden Wissenschaftler*innen, die zur Verfügung stehenden Zeiten sowie über die Teilnahmemodalitäten findet sich unter www.gsi.de/meet-a-scientist. Interessierte könnten sich im Web direkt anmelden oder sich mit Rückfragen an meetascientist(at)gsi.de wenden. Bei hoher Nachfrage besteht die Möglichkeit, dass das Projekt über die zwei Wochen hinaus fortgesetzt wird.

Das Pilotprojekt „Meet a scientist“ wird vom Hessisches Ministerium für Wissenschaft (HMWK) und Kunst und von der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR (HFHF) unterstützt. (CP)

Weitere Informationen:

• Webseite „Meet a scientist“

Vom 27. September bis zum 2. Oktober 2021 findet in Würzburg das große Wissenschaftsfestival „Highlights der Physik“ statt. Zentrales Element ist eine große Mitmachausstellung auf dem Marktplatz. Wissenschaftler*innen aus ganz Deutschland präsentieren dort ihre Forschung und stehen für Fragen, Erklärungen und Diskussionen zur Verfügung. Auch GSI und FAIR sind mit einem Stand vertreten und bieten Wissen und Unterhaltung rund um die zukünftige Teilchenbeschleunigeranlage FAIR - das Universum im Labor. 

Am GSI- und FAIR-Stand auf dem Marktplatz lockt das Beschleunigerspiel Publikum an: Groß und Klein können selbst ausprobieren, wie ein Teilchenbeschleuniger funktioniert und mehr über eines der größten Bauprojekte für die Grundlagenforschung erfahren. Wer nicht vor Ort in Würzburg ist, kann trotzdem teilnehmen: Die Ausstellung ist an drei Tagen per Live-Stream auf YouTube zu besuchen. Am Freitag, 1. Oktober, ist auch der Stand von GSI und FAIR dabei. In einem anschließend Live-Chat können alle Online-Zuschauer*innen Fragen stellen und interaktiv teilnehmen.

Neben der Ausstellung gibt es täglich Wissenschaftsshows auf der Open-Air-Bühne am Marktplatz, ein vielseitiges Vortragsprogramm, Live-Experimente, sowie ein umfangreiches Onlineangebot mit interaktivem Kinderprogramm. Im Audimax der Universität Würzburg findet täglich ein Vortragsprogramm statt, ebenso wie die Mitmachausstellung Phänomikon. Mit einer spannenden Mischung aus einem interaktiven Programm vor Ort und digitalen Angeboten werden Physikerinnen und Physiker einen Röntgenblick ins All ermöglichen und beispielsweise zeigen, wie man mit Lasern Treibhausgasen auf die Spur kommen kann. Außerdem werden neueste Entwicklungen für Quantencomputer sowie viele weitere interessante Themen präsentiert, bei denen Physik in unserem Leben eine wichtige Rolle spielt. Mit der täglichen Vortragsreihe „Röntgenblicke” werden die Veranstalter der „Highlights der Physik“ den 175. Geburtstag von Wilhelm Conrad Röntgen des vergangenen Jahres nachfeiern.

Den Auftakt zu dem einwöchigen Physik-Spektakel machte am 27. September die große Highlights-Show in der s.Oliver Arena mit ARD-Moderator Ranga Yogeshwar (jetzt bei YouTube anschauen). Den Abschluss der Veranstaltungswoche bildet ein besonderer Abendvortrag, in dem der Communicator-Preisträger Prof. Metin Tolan der Frage nachgeht, ob Szenen aus James-Bond-Filmen überhaupt physikalisch möglich sind; begleitet wird der Vortrag durch Live-Einspielungen von James-Bond-Filmmusik, vorgetragen von den Würzburger Philharmonikern. Beide Veranstaltungen sind auch im YouTube-Live-Stream zu sehen.

Veranstaltet werden die „Highlights der Physik“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) und der Universität Würzburg. Die „Highlights der Physik“ wurden 2001 vom BMBF und der DPG ins Leben gerufen. In den vergangenen Jahren lockten sie bis zu 60.000 Besucher*innen an.

Zu sämtlichen Angeboten ist der Eintritt frei (teilweise sind kostenlose Einlasskarten oder eine Anmeldung erforderlich). Die Bedingungen und Maßnahmen zum Infektionsschutz für den Vorort-Besuch, sind hier zu finden. (LW)

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• YouTube-Live-Stream
• Programm
• Highlights der Physik

Die ersten supraleitenden Magnete für NUSTAR (Nuclear Structure Astrophysics and Reactions) wurden am Europäischen Forschungszentrum CERN in der Schweiz getestet. NUSTAR ist eine der vier großen Experimentsäulen des künftigen internationalen Beschleunigerzentrums FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research in Europe), das derzeit bei GSI entsteht.

Im Rahmen eines 2012 unterzeichneten Kooperationsabkommens zwischen CERN und GSI/FAIR werden 56 Magnetbaugruppen für den Super-Fragmentseparator (Super-FRS), die zentrale Apparatur des NUSTAR-Experiments, vollständig am CERN getestet und validiert. Somit werden 32 Multipletts und 24 Dipole getestet. Die Multipletts werden von der italienischen Firma ASG, die Dipole von der spanischen Firma Elytt gefertigt. Zu diesem Zweck wurde im CERN-Gebäude #180 eigens eine neue Testanlage entworfen und gebaut, um nicht weniger als 30 Arten von Magneten zu validieren. Drei Prüfstände wurden von Experten von CERN und GSI eingerichtet, um bis zu 7 Meter lange und 3,5 Meter hohe Magnetbaugruppen aufzunehmen. Die schwersten von ihnen wiegen bis zu 70 Tonnen.

„Es wurde ein großes und komplexes kryogenes System entwickelt, das zwei Vorkühl- und Aufwärmeinheiten sowie eine Kühlanlage mit 4,5 K flüssigem Helium umfasst", erklärt Antonio Perin, Leiter des Arbeitspakets für das kryogene System. „Die Anlage ist für den Dauerbetrieb ausgelegt: Die Validierungstests werden auf einem Prüfstand durchgeführt, während der zweite Prüfstand abkühlt und der dritte aufgewärmt wird; die Testreihe dauert für jeden Magneten etwa sechs Wochen." Während der Tests werden die Magnete mit ihrem Nennstrom gespeist und ihr Magnetfeld genau abgebildet. Die Stromversorgungs- und Magnetmesssysteme wurden an die neue Testanlage angepasst, was dank der einzigartigen Kombination von Kompetenzen am CERN möglich wurde.

"Wir testen derzeit die ersten Magnete der Multiplett-Serie; die Serie wird nächstes Jahr ausgeliefert werden. Bis 2026 sollen alle 56 Magnetbaugruppen getestet sein", sagt Dr. Germana Riddone, technische Koordinatorin der Testeinrichtung am CERN. "Viele CERN-Gruppen und GSI-Partner waren an der erfolgreichen Installation der neuen Testanlage und ihrer Inbetriebnahme beteiligt und sind es auch jetzt bei den Validierungstests. Die Zusammenarbeit mit GSI ist ein sehr gutes Beispiel dafür, wie CERN Hand in Hand mit nationalen Infrastrukturen arbeitet und wie dies einen gegenseitigen Mehrwert schafft.“ Auch Dr. Antonella Chiuchiolo, die GSI-Arbeitspaketleiterin für das Testen vor Ort am CERN, pflichtet dem bei: „Wir sind sehr erfreut, dass unsere Testaktivitäten am CERN so reibungslos und planmäßig verlaufen können.“

Der Projektleiter Super-FRS bei GSI/FAIR, Dr. Haik Simon, zeigte sich ebenfalls erfreut über den Start der Tests und erläutert: „Die Multipletts dienen später im Super-FRS von FAIR der Strahlfokussierung, um einen hochpräzisen Teilchenstrahl zu erreichen. Die Dipole dienen später der spezifischen Ablenkung und Auftrennung des Teilchenstrahls.“ Der Super-FRS des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR ist ein wichtiger Baustein der Gesamtanlage mit großem Entdeckungspotenzial für die Wissenschaft: In diesem Teil des Beschleunigerkomplexes geht es um Experimente zur Kernstruktur extrem seltener exotischer Kerne. „Dafür werden Ionen der schwersten Elemente zunächst auf ein Ziel (Target) geschossen und durch den Aufprall zertrümmert. Unter den so entstandenen Fragmenten sind auch exotische Kerne, die am Super-FRS aussortiert und für weitere Experimente zur Verfügung gestellt werden. Dabei können mit dem neuen Separator Kerne bis hin zu Uran bei relativistischen Energien produziert, isotopenrein separiert und untersucht werden. Da dieser gesamte Vorgang nur wenige Hundert Nanosekunden dauert, ermöglicht der Super-FRS den Zugang zu sehr kurzlebigen Kernen“, sagt Dr. Haik Simon. (CERN/BP)

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Meldung auf der CERN-Webseite (englisch)

Video zu den Super-FRS-Magnettests (englisch)

Den Teilnehmern der HITM-Schule wurde ein multidisziplinärer Ansatz präsentiert, der von grundlegenden Konzepten ausging, moderne Praktiken und Methoden einschloss und Diskussionen über offene Punkte und Forschungsbedarf sowie Zukunftspläne für anstehende Erweiterungen und Entwicklungen beinhaltete. Während Übersichtsvorträgen, teilweise auch von GSI-Expert*innen, für das notwendige breite Panorama sorgten, konzentrierten sich Fachvorträge und Hands-on-Sessions auf die Details der Behandlungsplanung. Diese basierten auf dem professionellen Open-Source-Toolkit matRad, das vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg speziell für Ausbildung und Forschung entwickelt wurde.

Erfahrene matRad-Tutor*innen des DKFZ und der Ludwig-Maximilians-Universität München führten die Teilnehmenden von der Software-Installation bis zur Durchführung der involvierten Behandlungsplanungsfälle und demonstrierten die Vorteile, aber auch die Herausforderungen der Schwerionentherapie im Vergleich zu anderen Behandlungsformen. Rund 200 Teilnehmende lieferten am Ende der Schule ihre praktischen Ergebnisse ab, die mit einem Teilnahmezertifikat ausgezeichnet wurden.

Das Kursprogramm verwendete informative Videos der europäischen Schwerionentherapiezentren und Forschungsinfrastrukturen, einschließlich GSI/FAIR. Es beinhaltete auch virtuelle Besuche in Echtzeit in den Labors und bot zahlreiche Gelegenheiten zur Interaktion mit deren Vertreter*innen. GSI-Expert*innen nahmen auch an speziellen Sitzungen teil, in denen Studierende ihre Ergebnisse und Forschungsprojekte präsentierten, ebenso an Abendveranstaltungen, die Informationen über Karrieremöglichkeiten gaben.

Der Online-Modus machte die Schule weltweit leicht zugänglich: Über tausend Teilnehmende, annähernd gleich verteilt auf europäische und außereuropäische Länder, vom Studierenden bis zum Praktizierenden, verfolgten das gesamte Programm oder Teile davon. Diese hohen Zahlen sowie die eingegangenen Kommentare zeigen ein wachsendes Interesse an der Forschung zur Schwerionentherapie, die von GSI in Europa etabliert wurde.

Im Rahmen des HITRIplus-Projekts werden vielversprechende Nachwuchsforschende durch die kommenden HITRIplus-Schulen zu klinischen und medizinischen Aspekten sowie durch HITRIplus-Praktika weiter gefördert, so dass sie optimalen Zugang zu den bestehenden europäischen Zentren und Forschungseinrichtungen zur Schwerionentherapie, zu denen auch GSI/FAIR gehört, erhalten und zu relevanten Forschungsprojekten, Upgrades und zukünftigen Entwicklungen beitragen können.

Das Format der HITM-Schule war inspiriert durch die ebenfalls von GSI koordinierten Particle Therapy MasterClasses (PTMC), die in 2021 mehr als 1500 Schüler*innen aus 20 Ländern und an 37 Instituten anzogen. Viele der Teilnehmenden der HITM-Schule zeigten Interesse, auch in Zukunft an PTMC-Projekten als Tutor*innen und Moderator*innen mitzuwirken und so die nachwachsende Generation zu motivieren.

Das HITRIplus-Projekt, das Mittel aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 101008548 erhalten hat, bereitet, motiviert durch die Resonanz und den Erfolg dieses ersten Kurses, bereits die nächsten Kurse vor. (CP)

Weitere Informationen

• HITRIplus-Webseite

Nach einführenden Informationen über den Stand des FAIR-Bauprojektes, die Campus-Weiterentwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuellen Experimente erhielt der FDP-Politiker und studierte Physiker bei einem geführten Rundgang Einblicke in die bestehenden Forschungseinrichtungen auf dem GSI- und FAIR-Campus. Besucht wurden der Teststand für supraleitende Beschleunigermagneten, wo vor allem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft werden, der Linearbeschleuniger UNILAC, das SHIP-Experiment, an dem die GSI-Elemente 107 bis 112 erzeugt wurden, und das energieeffiziente Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube.

Danach hatte Till Mansmann Gelegenheit, sich von der Aussichtsplattform am Rand des Baufeldes aus einen Überblick über das gesamte Baufeld und die Aktivitäten im nördlichen und im südlichen Baubereich zu verschaffen. Anschließend wurden die FAIR-Baustelle und die Baufortschritte bei einer Rundfahrt aus nächster Nähe besichtigt. Ein Höhepunkt dabei war die Begehung des im Rohbau fertiggestellten unterirdischen Beschleunigertunnels. Der zentrale 1,1 km lange Ringbeschleuniger SIS100 wird das Herzstück der künftigen Anlage sein.

Zu sehen war auch der Experimentierplatz CBM, der baulich stark vorangeschritten ist. Das einzigartige Experiment CBM (Compressed Baryonic Matter) ist eine der vier großen wissenschaftlichen Säulen der künftigen FAIR-Anlage. Im Mittelpunkt steht die Untersuchung von hochkomprimierter Kernmaterie, wie sie in Neutronensternen und im Kern von Supernova-Explosionen existiert.

Auch im Süden des Baufeldes kommt die Entwicklung mit gutem Baufortschritt voran: Dazu gehören unter anderem der Rohbau für sechs Gebäude und für eine weitere Experimentiereinrichtung – den Supraleitenden Fragmentseparator (Super-FRS). Dort stehen Forschungsfragen zu Kernstruktur und Wechselwirkungen extrem seltener, exotischer Teilchen im Fokus. Abgerundet wurde die Bustour mit einem Halt an der großen Containeranlage am südwestlichen Rand des FAIR-Baufelds. Von dort erfolgt die bauliche Planung für FAIR und die Koordination der FAIR-Baustelle. (BP)

Zwei hochmoderne Instrumente, GLAD und COCOTIER, wurden kürzlich am Institut für die Erforschung der Grundgesetze des Universums (Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers, IRFU) in Saclay, Frankreich, entwickelt und gebaut und sind nun im R3B-Experiment von GSI in Betrieb. Beide werden in Zukunft an FAIR, der internationalen Beschleunigeranlage, die derzeit bei GSI gebaut wird, zum Einsatz kommen.

GLAD ist ein Spektrometer mit großer Akzeptanz für die Analyse von relativistischen radioaktiven Schwerionenstrahlreaktionen. Es wurde 2015 vor Ort installiert und ging im Herbst 2018 zum ersten Mal mit Strahl aus den GSI-Beschleunigern in Betrieb. In einigen Experimenten sollen diese Strahlen im weiteren Verlauf mit dem Flüssigwasserstoff-Target COCOTIER wechselwirken. Dieses wurde nun erstmals in den FAIR-Phase-0-Experimenten im März 2021 verwendet. Diese beiden Geräte sind Schlüsselkomponenten für die Messung der Eigenschaften von Kernen an der Grenze der nuklearen Stabilität und ermöglichen die Weiterentwicklung aktueller Kernmodelle hin zu mehr Vorhersagekraft.

GLAD: Dipol mit großer Akzeptanz für GSI/FAIR

Nachdem die kalte Masse (Schirm, Vakuumkammer) des GLAD-Magneten (22 Tonnen bei 4,5 Kelvin) in Saclay in einer kryogenen Teststation von IRFU erfolgreich getestet worden war, wurde GLAD in seinem Kryostaten installiert und zu GSI transportiert, wo er in den Experimentierhallen aufgestellt wurde. Er wurde von GSI-Teams positioniert sowie an seine Stromversorgung und an sein Kühlsystem angeschlossen. Nach einem Strahltest im Herbst 2018 wurde GLAD erfolgreich in den R3B-Experimentierzeiten der FAIR-Phase 0 in 2019, 2020 und auch in 2021 eingesetzt, wobei zum ersten Mal das COCOTIER-Target verwendet wurde.

COCOTIER: Flüssigwasserstoff-Target

Das Flüssigwasserstoff-Target COCOTIER (COrrélations à COurte porTée et spin IsotopiquE à R3B – für kurzreichweitige Korrelationen und Isotopenspin bei R3B) ist für die Durchführung von quasifreien Streuexperimenten konzipiert, bei denen der zu untersuchende Kern in Form eines Strahls auf ein Protonentarget trifft, das selektiv ein Proton oder ein Neutron aus dem betreffenden Kern ausstößt. Um die geringe Intensität der exotischen Strahlen zu kompensieren, werden dichte (daher die Notwendigkeit, Wasserstoff zu verflüssigen) und sehr dicke (bis zu 15 Zentimeter) Protonen-Targets verwendet. Daher ist es nötig, die Position des Reaktionspunkts innerhalb des Targets mit Hilfe eines Tracking-Detektors zu rekonstruieren. Diese Information ist notwendig, um die Spektroskopie der untersuchten Kerne durchzuführen, um die Trajektorien und den Energieverlust der gemessenen Teilchen zu korrigieren.

Um Wasserstoff bei Drücken nahe dem Atmosphärendruck zu verflüssigen, muss er auf kryogene Temperaturen (21 Kelvin) abgekühlt werden. Der Wasserstoff wird in einem durch einen Kryokühler gekühlten Kondensator verflüssigt und fließt aufgrund der Schwerkraft in die Zielzelle. Durch Turbomolekularpumpen wird ein hohes Vakuum (10^-6 Millibar im Kryostaten und in der Targetkammer) erreicht, um die konvektiven Strömungen zu begrenzen. Die Integration in den eingeschränkten R3B-Aufbau brachte viele Herausforderungen mit sich. Das Target befindet sich in der Mitte des CALIFA-Kalorimeters, weit entfernt von der Vertikalen des Kryostaten.

Die Target-Zelle ist in mehrere fünf Mikrometer dicke, mehrlagige Isolierfolien eingewickelt, um den Strahlungswärmefluss zu reduzieren, insbesondere von den Tracking-Detektoren, die in 25 Millimetern Entfernung in derselben Reaktionskammer platziert sind und die es ermöglichen, die Position des Reaktionspunkts im Target zu rekonstruieren. Drei Targetlängen von 15 Millimetern, 50 Millimetern und 150 Millimetern wurden hergestellt, um die Anforderungen der vom GSI-Experimentkomitee genehmigten Experimente zu erfüllen.

Das Targetsystem wurde durch die französische Forschungsagentur als sogenannter In-Kind-Beitrag gefördert , mit dem Ziel, die Untersuchung von Kurzstreckenkorrelationen in exotischen Kernen zu verfolgen. Es wurde von IRFU entworfen und gebaut und Ende 2019 von IRFU-Teams bei GSI installiert.

Fernbetrieb während der Pandemie

Gesteuert wird die Anlage durch ein am IRFU entwickeltes Überwachungssystem, das die von der speicherprogrammierbaren Steuerung und den verschiedenen Controllern kommenden Informationen zentralisiert. Das System ermöglicht die Verbindung und Fernsteuerung über einen gesicherten Internet-Client. Während der jüngsten wissenschaftlichen FAIR-Phase-0-Experimente erlaubte dies insbesondere die Durchführung aller Befüllungs- und Überwachungsvorgänge des Targets aus der Ferne, was aufgrund der pandemiebedingten Abwesenheit des IRFU-Teams vor Ort notwendig war. (CP)

Weitere Informationen

• Meldung des IRFU (Englisch)

„Am hellsten leuchtet der Menschengeist, wo Glanz der Kunst mit Glanz der Wissenschaft sich eint“, sprach der Gelehrte Emil Heinrich du Bois-Reymond im 19. Jahrhundert. Dieser Herausforderung haben sich Zeichner*innen und Designer*innen bei GSI und FAIR gestellt und sowohl die sichtbare Welt der Teilchenbeschleuniger mit ihren Magneten und Detektoren als auch die unsichtbare Welt der Atome, Kräfte und Strukturen auf Papier gebannt. Fast 100 Werke zeigen eindrucksvoll unterschiedliche Auffassungen, Betrachtungs- und Darstellungsweisen an den Grenzen der menschlichen Vorstellungskraft und an den Grenzen des technisch Machbaren.

Im Januar 2020 besuchten die Urban Sketchers Rhein-Main mit rund 40 Personen die Forschungsanlagen von GSI und FAIR für eine Zeichen-Exkursion. Urban Sketchers ist ein weltweites Netzwerk von Künstler*innen, die die Städte zeichnen, in denen sie leben und zu denen sie reisen. Ihre Mission ist es, "die Welt zu zeigen, Zeichnung für Zeichnung". Im Sommer 2020 verbrachten 12 Studierende der Hochschule für Gestaltung (HfG) Offenbach eine Woche auf dem GSI-FAIR-Campus um den Workshop "Zeichnen als visuelle Wissensvermittlung an der Schnittstelle zwischen Gestaltung und Wissenschaft“ zu absolvieren. Sie zeichneten Experimentieranlagen und Beschleuniger, wurden aber auch in die Welt der Experimentalphysik eingeführt – von der Experimentidee, über die technischen Durchführung bis hin zur Datenanalyse. Eine Auswahl der bei diesen beiden Besuchen entstandenen Werke sind in dem Bildband „Die Kunst der Wissenschaft bei GSI und FAIR“ zu sehen.

Der Bildband lädt dazu ein, Wissenschaft und Technik unter verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten. Dabei ermöglichen Kunst und Design als Ausdrucksmittel eine ganz besondere Art der Reflexion von wissenschaftlich-technischen Themen. Der Bildband ist ab jetzt vor Ort im GSI/FAIR-Shop und in der Darmstädter Innenstadt im Darmstadt Shop am Luisenplatz erhältlich (Preis: 24 Euro). (LW)

Anlässlich des 314. Vortrags der Reihe „Wissenschaft für Alle“ (Pi wird in Kurzform häufig mit 3,14 angegeben) geht Professor Beutelspacher der Zahl auf den Grund. Pi fasziniert seit Tausenden von Jahren die Menschheit, weil diese Zahl zum einen ganz einfach erklärt werden kann, zum anderen aber sehr schwer zu berechnen ist und in überraschend vielen Gebieten der Mathematik eine Rolle spielt. In dem Vortrag sollen alle diese Aspekte vorgestellt werden, zum Teil unterstützt durch kleine Experimente. Ein Vortrag, der unterhaltsam und lehrreich ist.

Professor Albrecht Beutelspacher studierte Mathematik, Physik und Philosophie an der Universität Tübingen und wurde im Anschluss an der Universität Mainz promoviert und habilitiert. Seit 1988 ist er Professor an der Universität in Gießen. Dort ist er seit 2002 Gründungsdirektor des Mathematikums, des ersten mathematischen Mitmachmuseums der Welt.

In einem weiteren Vortrag im Oktober wird die Physik des beliebten Science-Fiction-Universums Star Trek durch Professor Markus Roth von der Technischen Universität Darmstadt genauer unter die Lupe genommen. Dr. Julia Regnery vom Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven berichtet im November über MOSAiC, die größte bisher unternommene Arktis-Expedition. Zum Jahresabschluss im Dezember wird Dr. Daniel Severin von GSI/FAIR gemeinsam mit weiteren Kolleg*innen im traditionellen Weihnachtsvortrag über die wissenschaftlichen Experimente während der letzten Betriebsphase der GSI/FAIR-Beschleunigeranlage berichten.

Die Vorträge beginnen jeweils um 14 Uhr. Weitere Information über Zugang und Ablauf der Veranstaltung finden Sie auf der Veranstaltungswebseite unter www.gsi.de/wfa

Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In den Vorträgen wird über die Forschung und Entwicklungen an GSI und FAIR berichtet, aber auch über aktuelle Themen aus anderen Wissenschafts- und Technikfeldern. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für fachfremde Personen verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitenden oder von externen Referent*innen aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten. (CP)

Aktuelles Programm:

• Mittwoch, 15.09.2021, 14 Uhr
  Die Zahl Pi – der 3(,)14. Vortrag der Reihe Wissenschaft für Alle
  Albrecht Beutelspacher, Leiter des Mathematikums Gießen
   
• Mittwoch, 27.10.2021, 14 Uhr
  Die Physik von Star Trek
  Markus Roth, Technische Universität Darmstadt
   
• Mittwoch, 17.11.2021, 14 Uhr
  MOSAiC – viele Teile ergeben ein großes Ganzes: Ein Einblick in die größte Arktisexpedition aller Zeiten
  Julia Regnery, Alfred-Wegener-Institut
   
• Mittwoch, 08.12.2021, 14 Uhr
  Wer strahlte denn da? – Einblick in den wissenschaftlichen Experimentierbetrieb an GSI/FAIR in 2021
  Daniel Severin, GSI, et al.

Weitere Informationen

• Webseite der Veranstaltungsreihe "Wissenschaft für Alle"

Empfangen wurden die Gäste von Professor Paolo Giubellino, dem Wissenschaftlichen Geschäftsführer, und Jörg Blaurock, dem Technischen Geschäftsführer sowie Dr. Ingo Peter, dem Leiter der Öffentlichkeitsarbeit. Dr. Michael Meister ist direkt gewählter Bundestagsabgeordneter des Wahlkreises Bergstraße, Dr. Astrid Mannes direkt gewählte Bundestagsabgeordnete im Wahlkreis Darmstadt.

Zunächst verschafften sich die Gäste einen Überblick von der direkt ans Baufeld angrenzenden Aussichtsplattform über das 20 Hektar große Bau-Areal. Anschließend wurde die FAIR-Baustelle bei einer Rundfahrt aus nächster Nähe besichtigt. Ein Höhepunkt dabei war die Begehung des im Rohbau fertiggestellten unterirdischen Beschleunigertunnels. Der zentrale 1,1 km lange Ringbeschleuniger SIS100 wird das Herzstück der künftigen Anlage sein.

Zu sehen war auch der Experimentierplatz CBM, der baulich stark vorangeschritten ist. Das einzigartige Experiment CBM (Compressed Baryonic Matter) ist eine der vier großen wissenschaftlichen Säulen der künftigen FAIR-Anlage. Im Mittelpunkt steht die Untersuchung von hochkomprimierter Kernmaterie, wie sie in Neutronensternen und im Kern von Supernova-Explosionen existiert.

Auch im Süden des Baufeldes konnte ein zügiger Baufortschritt festgestellt werden: Dazu gehören unter anderem der Rohbau für sechs Gebäude und für eine weitere Experimentiereinrichtung – den Supraleitenden Fragmentseparator (Super-FRS). Dort stehen Forschungsfragen zu Kernstruktur und Wechselwirkungen extrem seltener, exotischer Teilchen im Fokus.

Staatssekretär Meister zeigte sich beeindruckt von den deutlichen Fortschritten auf der Baustelle, die in den letzten Jahren trotz Pandemiebedingungen erreicht werden konnten: „Ich habe heute gesehen, wie auf eindrucksvolle Weise aus einer Vision Realität wird. Mit dem Ringschluss des Beschleunigertunnels wurde ein wesentlicher Meilenstein des FAIR-Projektes erreicht: Hierzu gratuliere ich allen Beteiligten recht herzlich.“

Ein weiterer wichtiger Fokus des Besuchs waren die Hightech-Entwicklungen für FAIR und die sehr erfolgreichen aktuellen FAIR-Phase-0 Experimente: Einen Einblick in die Hightech-Entwicklungen konnten die Gäste in der Testanlage für kryogene Magnete gewinnen, wo alle supraleitenden Komponenten für den Beschleunigerring SIS100 auf ihre Spezifikationen getestet werden, bevor sie in die FAIR-Anlage installiert werden.

Exemplarisch für die wissenschaftliche Leistungsfähigkeit bei GSI und FAIR steht auch der Experimentierplatz R3B (Relativistic Radioactive Reaction Experiment), der ebenfalls besichtigt wurde. Mit dem R3B-Experiment, das in internationaler Zusammenarbeit für FAIR aufgebaut wurde, werden Reaktionsexperimente mit hochenergetischen exotischen Kernen durchgeführt. Hierüber lässt sich ein Verständnis des Ursprungs schwerer Elemente gewinnen.

„Was mir besonders imponiert, ist, dass hier obwohl sich FAIR noch mitten im Bau befindet, schon heute richtungsweisende Wissenschaft vollzogen wird. Ob Covid-19-Forschung mit Schwerionen oder erste Experimente am CRYRING-Beschleuniger – FAIR leistet schon heute einen wichtigen Beitrag dazu, Lösungen für große gesellschaftliche Herausforderungen zu finden“, so Meister. (BP)

Bei einem „Meet and Greet“ sind der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, der Administrative Geschäftsführer von GSI und FAIR, Dr. Ulrich Breuer und der Technische Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, mit den internationalen Studierenden und Forscher*innen des GET_INvovled-Programmes ins gemeinsame Gespräch gekommen.

Zusammengefasst sind in den letzten drei Jahren große Fortschritte erzielt worden: Insgesamt sind bis zur Jahresmitte 2021 mehr als 670 Bewerbungen im International Office eingegangen. Etwa 200 Bewerber*innen konnten mit Hilfe verschiedener Programme und Fördermöglichkeiten angenommen werden. Die Studierenden des GET_INvolved-Programmes kommen aus 38 verschiedenen Ländern. Unter den Teilnehmer*innen des Programmes sind rund 40 Prozent Frauen. Beim FAIR-Phase-0-Programm hat sich die Mehrheit dieser Forschenden an aktuellen Experimenten beteiligt und zu diesen beigetragen. Diese Möglichkeiten sowie ihr Engagement verschafft ihnen praktisches Wissen und ein intensives Verständnis für Forschung und Entwicklung bei GSI/FAIR.

Das aktuelle Treffen mit den GET_Involved-Teilnehmenden unterstreicht das Engagement und die Unterstützung der Geschäftsführung für alle Aktivitäten, die zur qualifizierten Nachwuchsförderung beitragen. Ziel ist, den Teilnehmenden das beste Forschungsumfeld zu bieten, das die Entwicklung zukünftiger Führungskräfte für den Betrieb und die Ausschöpfung von FAIR ermöglicht. Der Wissenschaftliche Geschäftsführer Professor Paolo Giubellino betonte: „FAIR wird eine Forschungseinrichtung auf Weltklasse-Niveau. Sie wird Forschenden aus aller Welt Spitzentechnologie bieten. Dank des aktuellen Experimentierprogramms FAIR-Phase 0 ist FAIR schon jetzt eine Talentschmiede. Also macht mit und GET_INvolved.“ (BP)

Über das GET_INvolved-Programm

Das GET_INvolved Programm bringt internationale Studierende mit verschiedenen bilateralen, multilateralen sowie weiteren Rahmenprogrammen von Partnern und Fördermittelgebern zusammen. Alle Studierenden und Forschenden sind an einem eigenen wissenschaftlichen oder technischen Projekt, im Rahmen eines Kurzzeitpraktikums, einer Bachelor- oder Masterarbeit, eines ERASMUS+-Praktikums, einer Sandwich-Doktoranden- oder einer Postdoc-Forschungserfahrung bei GSI/FAIR, mit einem Mentor beteiligt. Die Dauer der Aufenthalte variieren je nach Projekt und dem Förderprogramm. Die Projektdauer kann von drei Monaten als Kurzzeitpraktikum bis zu zwei Jahre für eine Forschungserfahrung als Postdoc.

Mehr Informationen

GET_Involved-Programm für international Studierende und Forschende

ERASMUS+ Traineeship

Erstmals ist es Physiker*innen gelungen, eine neue Methode zur Kühlung von Protonen mithilfe lasergekühlter Ionen– in diesem Fall Beryllium-Ionen – erfolgreich umzusetzen. Das Besondere: In dem neuen Aufbau befinden sich die beiden „Teilchensorten“ in räumlich getrennten Fallen. Die Kühlleistung kann erstmals über einen elektrischen Schwingkreis und eine Distanz von neun Zentimetern von der einen in die andere Falle übertragen werden. So lassen sich die Protonen in einer der Fallen auf deutlich tiefere Temperaturen kühlen als dies ohne Beryllium möglich wäre, wie eine Arbeitsgruppe am Exzellenzcluster PRISMA⁺ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) im Rahmen der BASE-Kollaboration zeigen konnte.

Die neue Methode kann auf alle geladenen Teilchen angewendet werden, insbesondere auch auf Antiprotonen, für die es bisher noch keine andere Kühlmethode in diesen Temperaturbereich gibt. Hiermit lassen sich vor allem Experimente zum Vergleich von Materie und Antimaterie noch genauer realisieren. Die Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. Maßgeblich an der Entwicklung beteiligt waren neben der JGU das Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg (MPIK) und das japanische Forschungszentrum RIKEN, sowie die Europäische Organisation für Kernforschung CERN, das GSI Helmholtzzentrum in Darmstadt sowie die Leibniz Universität Hannover.

Um präzise Messungen an einzelnen Ionen vornehmen zu können, müssen diese möglichst bewegungsarm in einer Falle eingeschlossen und gespeichert werden. Um diesen Zustand zu erreichen, wird den geladenen Teilchen Energie entzogen, wodurch sich ihre Temperatur vermindert. Mit dem neuen Zweifallen-Aufbau konnte das Forschungsteam die Temperatur im Vergleich zur bisher besten Kühlmethode für Protonen um etwa einen Faktor 10 absenken und so eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt erreichen. „Je geringer die Temperatur des Teilchens, desto genauer kann der Bereich eingegrenzt werden, in dem sich das Teilchen in der Falle befindet. Je genauer das Teilchen lokalisiert werden kann, desto besser sind die Startbedingungen definiert und desto genauer fällt anschließend die Messung aus“, erläutert Dr. Christian Smorra, Physiker am Exzellenzcluster PRISMA⁺ und Co-Autor der Veröffentlichung.

Die neue Zweifallen-Kühlmethode birgt weitere Vorteile: Sie kann auch auf Antimaterie-Teilchen angewendet werden, denn in einem Einfallen-Kühlsystem würden sich Materie und Antimaterie sofort gegenseitig vernichten. So erlaubt der neue Aufbau einen präzisen Vergleich von Protonen und Antiprotonen. „Wir wollen gezielt nach einem Unterschied zwischen den Eigenschaften von Protonen und Antiprotonen suchen. Unsere Theorie sagt, dass sich die beiden Teilchen bis auf die umgekehrte Ladung identisch verhalten. Warum unser Universum so viele Protonen – und damit Materie –, aber fast keine Antiprotonen, also Antimaterie, enthält, ist immer noch ungeklärt“, erläutert Matthew Bohman vom MPIK, Erstautor der Studie. Bohman forschte im Rahmen seiner Promotion seit 2018 in Mainz an der neuen Kühlmethode.

Ein weiterer Vorteil: Während früher angewandte Methoden Abstände von 0,1 Millimetern oder weniger zwischen den zu kühlenden Teilchen und den Beryllium-Ionen erforderten, ist es in der aktuellen Arbeit gelungen, die Kühlleistung über eine räumliche Trennung und einen Abstand von neun Zentimetern zu übertragen. Das schafft die Voraussetzung für weiterführende Forschungsvorhaben – und erlaubt beispielsweise eine störungsfreie und präzisere Frequenzmessung, die die BASE-Kollaboration auch bei der Suche nach Dunkler Materie mithilfe von Antimaterie vornehmen möchte. Hierzu hatte die Forschungsgruppe in früheren Experimenten am CERN bereits gefangene Antiprotonen in einer Falle untersucht – allerdings durch Kühlung mit flüssigem Helium und ohne die Hilfe von Beryllium-Ionen.

Erstmals vorgeschlagen wurde die Zweifallenmethode im Jahr 1990. Im damaligen Konzept war kein elektrischer Schwingkreis vorgesehen – hier sollten die Ionen durch eine gemeinsame Fallenelektrode verbunden werden. Von Vorteil bei dieser Vorgehensweise: Es gibt keinen Widerstand, wie er durch einen Schwingkreis entsteht. Denn dieser produziert Hitze und schwächt den Kühlvorgang ab. Der große Nachteil besteht aber in der geringen Geschwindigkeit, mit der die Energie der Ionen ausgetauscht wird. Dadurch fällt die Temperatur des geladenen Teilchens nicht schnell genug ab. „Die jetzige Umsetzung stellt eine praktisch realisierbare Weiterentwicklung des Konzepts von 1990 dar. Anstatt innerhalb von zwei Minuten findet der Energieaustausch zwischen den Fallen hier innerhalb von einer Sekunde statt“, erläutert Dr. Christian Smorra. (JGU/BP)

Weitere Informationen

Wissenschaftliche Veröffentlichung "Sympathetic cooling of a trapped proton mediated by an LC circuit" im Fachmagazin Nature (Englisch)

Pressemitteilung der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz

In den kommenden Jahren werden wissenschaftliche Experimente an Forschungseinrichtungen der nächsten Generation zunehmend komplexer, was zu einer exponentiell wachsenden Flut an Daten führt. Alleine an den Experimenten am zukünftigen Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht, werden Datenraten bis zu einem TeraByte pro Sekunde erwartet. Diese umfangreichen Daten mit neuartigen Methoden systematisch zu erfassen, intelligent zu verknüpften und zugänglich zu machen, ist das Ziel von PUNCH4NFDI. Die Organisation der Daten soll dabei den Grundsätzen folgen, dass diese leicht auffindbar, gut zugänglich, verknüpfbar sowie wiederverwendbar sind. Einen wichtigen Beitrag hierzu werden die Entwicklung von Software und Algorithmen und das Erstellen von öffentlich zugänglichen Publikationen leisten. Im Zentrum der Aktivitäten von PUNCH4NFDI steht dabei der Aufbau einer föderierten „Science Data Platform“, die alle für den Zugang zu und die Nutzung von Daten und Computing-Ressourcen nötigen Infrastrukturen und Schnittstellen beinhaltet. Hierfür werden zunächst anhand von exemplarischen Beispielen Techniken und Strukturen geschaffen, die für das gemeinsame Datenmanagement geeignet sind und Themen wie Open Data, Open Science sowie neue Ideen für das Verarbeiten und Verwalten extrem großer Datenmengen adressieren.

Das Konsortium PUNCH4NFDI umfasst neben GSI noch 19 weitere Förderungsempfänger sowie 22 weitere Partner aus der Helmholtz-Gemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft, der Leibniz-Gemeinschaft sowie von Universitäten. „Die Koordinierung und Zusammenarbeit aller Konsortialpartner ist eine der zentralen Herausforderungen für die Realisierung eines universellen Forschungsdatenmanagements. Unsere Aktivitäten hierzu konzentrieren sich auf den Austausch von Konzepten und Entwicklungen sowie die Bereitstellung von Diensten, die für die PUNCH4NFDI-Partner und die gesamte NFDI zur Verfügung gestellt werden. In einem ersten Schritt werden wir bei GSI/FAIR gemeinsam mit dem Forschungszentrum Jülich eine PUNCH4NFDI-weite Autorisierungs- und Authentifizierungsinfrastruktur entwickeln und bereitstellen. Mit diesen Werkzeugen ermöglichen wir einen zentralen Zugang zu allen Forschungsdaten der beteiligten Institutionen“, erläutert Kilian Schwarz, Leiter der Gruppe Distributed Computing in der GSI-IT und Vertreter von GSI im Management von PUNCH4NFDI. „Darüber hinaus planen wir Metadaten und Analyseportale zu entwickeln sowie Basisinfrastrukturen für föderiertes Datenmanagement und zur Nutzung heterogener Computing-Ressourcen zu realisieren. Mit dem nachhaltigen Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube stellen wir dem Konsortium Rechenzeit und Speicherplatz für die Entwicklungen zur Verfügung.“

Bereits jetzt spielen mit Forschungsdateninfrastrukturen verbundene Themen eine zentrale Rolle bei dem Umgang mit wissenschaftlichen Daten aus Experimenten an der GSI/FAIR-Forschungsanlage. Daher ist GSI/FAIR auch im europäischen Umfeld auf diesem Gebiet aktiv, wo ebenfalls die Verwirklichung einer gemeinsamen Wissenschaftscloud vorangetrieben wird. „GSI und FAIR gehören mit ihrer Kompetenz und Expertise für Datenspeicherinfrastrukturen und Scientific Computing zu den Key Playern auf diesem Feld. Sowohl GSI als auch FAIR als „ESFRI-Landmark“ sind aktive Teilnehmer an dem Konsortium „European Science Cluster of Astronomy & Particle physics ESFRI research infrastructures“ (ESCAPE), bei dem wir an der Entwicklung von Dateninfrastrukturen und Analyseplattformen sowie der Bereitstellung von Forschungssoftware und Diensten beteiligt sind“, beschreibt Arjan Vink, Leiter der Drittmittelstelle bei FAIR/GSI, die europäische Initiative. (JL)

Weitere Informationen:

• https://www.punch4nfdi.de/
• https://www.nfdi.de
• https://www.forschungsdaten.info/
• https://projectescape.eu/
• GSI/FAIR Digital Open Lab

Die Gäste wurden von Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, Dr. Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, Dr. Haik Simon, stellvertretender Sprecher des FAIR-Experiments R3B/Projektleiter Super-FRS, und Berit Paflik von der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit bei GSI und FAIR empfangen.

Auf dem Programm stand zunächst ein Überblick über die aktuellen Forschungsthemen sowie die strategischen Ziele für FAIR und GSI, an denen sich die Aktivitäten am Standort ausrichten. Zentrale Themen waren unter anderem der erfolgreiche Experimentierbetrieb 2021, der Teil des FAIR-Phase-0-Programms ist, die Campus-Entwicklung im Rahmen des Masterplans sowie die Fortschritte bei der FAIR-Komponentenbeschaffung und auf dem 20 Hektar großen Baufeld östlich des bestehenden GSI- und FAIR-Campus.

Bei einem geführten Rundgang konnten die Gäste zunächst Einblicke in die Forschungseinrichtungen auf dem Campus erhalten. Das Großexperiment R3B wurde ebenso besichtigt wie der Behandlungsplatz für die Tumortherapie mit Kohlenstoffionen und der Linearbeschleuniger UNILAC. Auch der Teststand für supraleitende Beschleunigermagneten, wo vor allem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft werden, wurde besichtigt.

Danach hatten Daniela Wagner, Nina Eisenhardt und Andreas Ewald von der Aussichtsplattform am Rand des Baufeldes Gelegenheit, sich einen Überblick über das gesamte Baufeld und die Aktivitäten im nördlichen und im südlichen Baubereich zu verschaffen, bevor sie bei einer Rundfahrt über die Baustelle die Baufortschritte aus nächster Nähe in Augenschein nehmen konnten. Dabei stand auch die Begehung des kürzlich im Rohbau fertiggestellten unterirdischen Beschleunigertunnels auf der Agenda. Der zentralen Ringbeschleuniger SIS100 wird das Herzstück der künftigen Anlage sein. Der Ringschluss stellt ein wichtiges Etappenziel im Realisierungsablauf des gesamten FAIR-Projekts dar. (BP)

Das Mitacs-GSI-Austauschprogramm zur Förderung der Mobilität wird bestehende Partnerschaften stärken und dazu beitragen, zukünftige Forschende und Führungskräfte für den Betrieb wissenschaftlicher Einrichtungen wie das Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht, zu fördern. GSI kooperiert in mehreren Forschungsprojekten und profitiert seit Jahren von wissenschaftlichen und technischen Kooperationen mit kanadischen Institutionen. Eine besondere Verbindung hat die Organisation auch zur kanadischen Beschleunigeranlage TRIUMF. Die neue Partnerschaft ist ebenfalls bemerkenswert, weil sie im Jahr des 50-jährigen Bestehens der deutsch-kanadischen Wissenschafts- und Technologiekooperation begründet wird. Die Initiative ist eine wertvolle Hilfe bei der Rekrutierung von hochkarätigen qualifizierten Doktorand*innen und Postdoktorand*innen und zielt darauf ab, die Forschungskooperationen zwischen beiden Ländern zu stärken.

Die Teilnehmenden erhalten im Rahmen des „Globalink Research Award“-Programms ein Stipendium in Höhe von 6000 US-Dollar, um Projekte für 12 bis 24 Wochen unter der Aufsicht eines Fakultätsmitglieds des Gastinstituts umzusetzen. Die Drei-Jahres-Vereinbarung von Mitacs und GSI wird insgesamt bi zu 36 Forschende unterstützen. Hierfür kommen sechs kanadische Studierende und Stipendiat*innen pro Jahr zu GSI nach Deutschland und sechs gehen wiederum von Deutschland nach Kanada.

 Professor Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR sagte: „Es freut mich sehr zu sehen, dass Mitacs und GSI sich zusammenschließen, um Nachwuchsforschende zu fördern und dabei zu unterstützen, Zugang zu Einrichtungen auf Weltniveau zu erlangen und in gemeinsamer Forschung in den Grundlagenbereichen, Frontend-Technologien und Anwendungen zusammenzuarbeiten. GSI sehr daran interessiert, junge Doktorand*innen und Postdoktorand*innen in Kanada und Deutschland während ihrer Zusammenarbeit in Forschungsprojekten unterstützen. Internationale Partnerschaften sind für uns essentiell, weil sie die Forschungsqualität erhöhen und zusätzliche Wissensnetzwerke fördern. Die Partnerschaft mit MITACS ist nun ein großartiges Beispiel für unsere erfolgreiche und produktive Zusammenarbeit mit kanadischen Institutionen.“

Dr. John Hepburn, Geschäftsführer und wissenschaftlicher Direktor, Mitacs, sagte: „Ich freue mich, die erste Vereinbarung von Mitacs mit dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung zu unterzeichnen – ein wichtiger Schritt, um unsere bereits starken Verbindungen zum deutschen Forschungs- und Innovationsökosystem auszubauen. Wir sind stolz darauf, Doktorand*innen und Postdoktorand*innen die Möglichkeit zu bieten, Fähigkeiten zu entwickeln und ihr berufliches Netzwerk zu erweitern, während wir gleichzeitig die Zusammenarbeit vertiefen, um die Forschungsergebnisse für Kanada und Deutschland voranzutreiben.“

Weitere Informationen

Die Details zum Bewerbungsverfahren für Forschende, die an der Mitacs-GSI-Kollaboration interessiert sind, werden in Kürze veröffentlicht. Weitere Informationen zum Globalink Research Award sind auf den Programmseiten der Webseiten von Mitacs und GSI/FAIR zu finden. Bei unmittelbaren Fragen sind Étienne Pineault, Director, International Business Development, Mitacs unter epineault(at)mitacs.ca oder Dr. Pradeep Ghosh, Programmkoordinator seitens GSI unter  Pr.Ghosh(at)gsi.de Ansprechpartner.

Über Mitacs

Mitacs ist eine gemeinnützige Organisation, die Wachstum und Innovationen in Kanada fördert, indem sie geschäftliche Herausforderungen mit Hilfe von Forschung in akademischen Einrichtungen löst. Mitacs wird von der kanadischen Regierung in Schulterschluss mit den Bundesstaaten und Städten Alberta, British Columbia, Manitoba, New Brunswick, Neufundland und Labrador, Nova Scotia, Ontario, Quebec, Saskatchewan, sowie Yukon finanziert. Weiterhin unterstützt „Innovation PEI“ diese Vorhaben.

Über GSI/FAIR

Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine weltweit führende Beschleunigeranlage für Forschungszwecke. Bei GSI arbeiten rund 1.520 Mitarbeitende. Darüber hinaus kommen jedes Jahr rund 1.000 Forschende von Universitäten und anderen Forschungsinstituten aus aller Welt zur GSI. Sie nutzen die Anlage für Experimente, um neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik. GSI ist eine Gesellschaft mit beschränkter Haftung (GmbH). Anteilseigner Gesellschafter sind die Bundesrepublik Deutschland mit 90 %, das Land Hessen mit 8 %, sowie das Land Rheinland-Pfalz und der Freistaat Thüringen mit jeweils 1 %. GSI ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, Deutschlands größter Forschungsorganisation. Bei GSI entsteht derzeit FAIR, eine internationale Beschleunigeranlage für die Forschung mit Antiprotonen und Ionen, die in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern entwickelt und gebaut wird. Es ist eines der weltweit größten Bauprojekte für internationale Spitzenforschung. Das FAIR-Projekt wurde von der wissenschaftlichen Gemeinschaft und Forschenden der GSI initiiert. Die GSI-Beschleuniger werden Teil der zukünftigen FAIR-Anlage und dienen als erste Beschleunigungsstufe.

In einer Einführung erhielt der Minister Einblicke in aktuelle Themen und Aktivitäten bei GSI und FAIR. Er informierte sich über das Forschungsprogramm „FAIR-Phase 0“, die Perspektiven der Campus-Entwicklung, die substanziellen Modernisierungen der existierenden Anlage und den aktuellen Stand bei der Realisierung des FAIR-Bauprojekts, eines der größten Vorhaben für die Spitzenforschung weltweit.

Nach der Besichtigung der Testing-Halle, in der neue Hightech-Komponenten für FAIR aufgebaut und überprüft werden können, erhielt Michael Boddenberg von der Aussichtsplattform aus zunächst einen Überblick über den gesamte, 20 Hektar großen Baubereich. Anschließend konnte er den Fortschritt auf der FAIR-Baustelle bei einer Rundfahrt aus nächster Nähe besichtigen. Dazu gehörte unter anderem die Begehung des kürzlich im Rohbau fertiggestellten unterirdischen Beschleunigertunnels. Der zentralen Ringbeschleuniger SIS100 wird das Herzstück der künftigen Anlage sein. Außerdem gab es Gelegenheit zur Besichtigung des zentralen Kreuzungsbauwerks, des entscheidenden Knotenpunktes für die Anlagenstrahlführung, das derzeit über mehrere Geschosse gebaut wird. (BP)

Nach einführenden Informationen über den Stand des FAIR-Bauprojektes, die Campus-Weiterentwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuellen Experimente erhielten die Gäste bei einem geführten Rundgang Einblicke in die bestehenden Forschungseinrichtungen auf dem GSI- und FAIR-Campus. Besucht wurde der Linearbeschleuniger UNILAC, der Behandlungsplatz für die Tumortherapie mit Kohlenstoffionen, der Großdetektor HADES, das Großexperiment R3B und der Teststand für supraleitende Beschleunigermagneten, wo vor allem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft werden.

Anschließend konnte Hildegard Förster-Heldmann von der Aussichtsplattform auf die FAIR-Baustelle den Fortschritt beim Bau des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR in Augenschein nehmen, vom fertiggestellten Rohbau für den großen Ringbeschleuniger SIS100 bis zum zentralen Kreuzungsbauwerk, das über mehrere Geschosse gebaut wird. Außerdem sind Fundamente und Wände für den ersten-Experimentierplatz bereits errichtet. Das Experiment CBM (Compressed Baryonic Matter) ist eine der vier großen wissenschaftlichen Säulen der künftigen FAIR-Anlage, eines der größten Bauvorhaben für die Spitzenforschung weltweit. (BP)

Die Landespolitikerin informierte sich über den Stand des FAIR-Bauprojekts, eines der größten Vorhaben für die Spitzenforschung weltweit, sowie über die bisherigen Forschungserfolge und aktuellen Experimente. Nach einer einführenden Präsentation erhielt Ines Claus bei einem Rundgang über den GSI- und FAIR-Campus Einblicke in die bestehenden Beschleuniger- und Forschungsanlagen. Sie besichtigte den Linearbeschleuniger UNILAC, den Therapieplatz zur Tumorbehandlung mit Kohlenstoffionen, den Großdetektor HADES und das Großexperiment für exotische Kerne R3B.

Auf der Aussichtsplattform auf die FAIR-Baustelle konnte sich Ines Claus einen Überblick über die Baumaßnahmen und den aktuellen Stand der Arbeiten auf dem 20 Hektar großen Baufeld verschaffen. Das FAIR-Projekt kommt mit großen Fortschritten voran, unter anderem mit den fertiggestellten Rohbauarbeiten für den Tunnel des Beschleunigerrings SIS100, dem Herzstück der Anlage, und den Hochbauarbeiten für das zentrale Kreuzungsbauwerk, dem entscheidenden Knotenpunkt für die Anlagenstrahlführung. (BP)

Mit einer ausgefeilten und noch nicht weit verbreiteten Filmtechnik erstellen GSI/FAIR seit 2018 Zeitraffer-Videos, um die Entwicklungen auf der Baustelle der Teilchenbeschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) zu zeigen. Die Jury des “WorldMediaFestivals | Television & Corporate Media Awards” bewertete das Video als herausragenden Beitrag in der Kategorie „Public Relations/Research and Science“ und verlieh hierfür den "Intermedia-globe SILVER Award". 

Mit der neuen Technik des „Longterm Dronelapse“ werden die Fortschritte auf einer der größten Baustellen für die Grundlagenforschung weltweit besonders greifbar. Hierfür fliegt Lars Möller von der interdisziplinären Medienproduktion „Zeitrausch“ aus Breuberg mit einer Drohne regelmäßig die gleichen Routen über die FAIR-Baustelle. Die dabei gefilmten bewegten Zeitraffervideos werden dann in einem einzigen Video kombiniert. Zeitraffervideos, die über nun bereits drei Jahre aufgenommen wurden, sind in dem von World Media Festival ausgezeichneten Video dank GPS-Unterstützung überlagert, sodass die Fortschritte der Bauaktivitäten auf beeindruckende Weise erlebbar werden.

Die WorldMediaFestivals haben ihren Sitz in Hamburg und sind eine Initiative von intermedia. Die WorldMediaFestivals | Television & Corporate Media Awards ehren laut eigenen Angaben herausragende Leistungen in den Bereichen Fernsehen, Corporate Film, Online und Print auf internationaler Ebene. Die Awards sind international als Symbol für höchste Produktionsstandards anerkannt und sind eine der weltweit höchsten Auszeichnungen im visuellen Wettbewerb. Erfahrene Fachleute aus der ganzen Welt sind ehrenamtlich als Juroren tätig. Die Entscheidungen basieren auf Kreativität und Effektivität. Die Kriterien, die sie verwenden, umfassen zum Beispiel Text, Ton, Schnitt, Bildmaterial, Einblicke und vor allem das Ausmaß, in dem der Beitrag seine Zielsetzung erfüllt, d.h. wie gut die definierte Zielgruppe angesprochen wird. (LW)

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Preisgekröntes Drohnenvideo Longterm Dronelapse

Liste der preisgekrönten Beiträge World Media Festival
 

Der Besuch der Abgeordneten stand im Zeichen von nachhaltiger, energieeffizienter und performanter IT-Infrastruktur. Katy Walther von Bündnis 90/Die Grünen ist zuständig für den Landkreis Offenbach und wurde begleitet von den Fraktionsmitgliedern Olaf Hermann, Geschäftsführer der Kreistagsfraktion, dem umweltpolitischen Sprecher René Bacher, dem kulturpolitischen Sprecher Werner Kremeier, der Büroleiterin Corina Retzbach sowie den Kreistagsabgeordneten Sonja Arnold, Christine Dammer und Karin Wagner.

Die Gäste wurden von Dr. Ulrich Breuer, dem Administrativen Geschäftsführer von GSI und FAIR, und Jörg Blaurock, dem Technischen Geschäftsführer von GSI und FAIR, empfangen. Außerdem gehörten Dr. Helmut Kreiser, Gruppenleiter der IT-Abteilung DataCenter, und Dr. Ingo Peter, Leiter der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, zu den Teilnehmenden von GSI und FAIR.

Die Gäste nutzten die Gelegenheit, sich in Präsentationen und bei einer Führung durch den Green IT Cube umfassend über das Höchstleistungsrechenzentrum und seine Infrastruktur zu informieren und zeigten sich sehr interessiert an den vielversprechenden Perspektiven. Der Green IT Cube auf dem GSI/FAIR-Campus gehört zu den leistungsfähigsten wissenschaftlichen Rechenzentren der Welt. Zugleich setzt er Maßstäbe in der IT-Technologie und beim Thema Energiesparen: Dank eines speziellen Kühlsystems ist er besonders energie- und kosteneffizient. Dadurch entspricht der Energieaufwand für die Kühlung weniger als sieben Prozent der für das Rechnen aufgewendeten elektrischen Leistung. Bei herkömmlichen Rechenzentren mit Luftkühlung beträgt diese Relation 30 bis 100 Prozent. Das innovative Kühlsystem ermöglicht außerdem eine kompakte und damit platzsparende Bauweise. Der Green IT Cube hat bereits zahlreiche Auszeichnungen erhalten, unter anderem den Blauen Engel, das Umweltzeichen der Bundesregierung.

Neben der Besichtigung des Green IT Cubes gehörte ein Überblick über die FAIR/GSI-Forschungsthemen und den aktuellen Stand des FAIR-Bauprojekts zum Programm. Außerdem konnten die Gäste einen Blick von der Aussichtsplattform auf das 20 Hektar großen FAIR-Baufeld mit den fertiggestellten Rohbauarbeiten für den Ringtunnel des SIS100 werfen. (JL)

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• GSI/FAIR Digital Open Lab

Im Rahmen der Projektförderung des Aktionsplans ErUM-Pro des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) erhält das Institut für Kernphysik der Universität zu Köln insgesamt 2,8 Millionen Euro für die nächsten drei Jahre. Gefördert werden damit die Projekte von Professor Dr. Jan Jolie, Professor Dr. Peter Reiter und Professor Dr. Andreas Zilges, die sich mit der Untersuchung der kleinsten Strukturen von Materie beschäftigen. Schwerpunkt sind die Entwicklung, der Aufbau und die Durchführung von Experimenten bei der internationalen Forschungseinrichtung FAIR, die sich momentan bei GSI im Aufbau befindet, und der Forschungsanlage ISOLDE des Forschungszentrums CERN bei Genf.

Ziel der Untersuchungen sind die Eigenschaften kurzlebiger bisher unbekannter Atomkerne, die an den Beschleunigern in Darmstadt und in Genf für die Experimente zur Verfügung gestellt werden. Die Kölner Gruppen tragen in diesem Zusammenhang wesentlich mit Detektoren für die γ-Spektroskopie, für den Nachweis von Neutronen und für die Strahlteilchen zur Instrumentierung zukünftiger Experimente bei. Die Experimente mit stabilen Strahlen, die an der Beschleunigeranlage der Universität zu Köln durchgeführt werden, werden somit in idealer Weise erweitert.

Die Kölner Kollaboration mit der europäischen Forschungseinrichtung ELI-NP (Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics) wird ebenfalls gestärkt. ELI-NP entsteht in der Nähe von Bukarest, Rumänien. Die einzigartige Kombination aus Laserstrahlen und Elektronenstrahlen aus Teilchenbeschleunigern ermöglichen eine zukünftige Lichtquelle, die durch extrem hohe Intensitäten und extrem hohe Energien charakterisiert ist.

Die sichtbare Materie um uns herum besteht zu 99,9 % aus Atomkernen. Diese bestehen aus Protonen und Neutronen, die durch die starke sowie elektromagnetische und schwache Kraft miteinander wechselwirken. Trotz intensiver experimenteller und theoretischer Anstrengungen ist die starke Wechselwirkung in Kernen bis heute nicht ausreichend verstanden. Atomkerne spielen auch eine zentrale Rolle bei der Energieerzeugung und anderen Prozessen in Sternen. Dies bedeutet, dass den Atomkernen eine wichtige Verbindungsrolle zwischen den allerkleinsten Systemen und den allergrößten Systemen (Sterne, Galaxien, Universum) zukommt. Aufgrund dieser einmaligen Stellung des Vielteilchensystems Atomkern ist es von fundamentaler Bedeutung, die Struktur von Kernen und die Wechselwirkungen der Nukleonen in Kernen zu verstehen.

Mit dem Aktionsplan ErUM-Pro fördert das BMBF die Vernetzung zwischen Universitäten, Forschungsinfrastrukturen und Gesellschaft, um die Forschungsinfrastrukturen weiterzuentwickeln und die Forschung dort zu bereichern. Der Aktionsplan ist Teil des BMBF-Rahmenprogramms ErUM – Erforschung von Universum und Materie. (CP)

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• Pressemitteilung der Universität zu Köln

Der Linearbeschleuniger UNILAC (Universal Linear Accelerator) dient als erste Beschleunigungsstufe, um Ionen auf Tempo zu bringen. Der im hinteren Bereich des 120 Meter langen UNILAC liegende Alvarez-Abschnitt bringt sie von 5% auf 15% der Lichtgeschwindigkeit, damit sie in den GSI-Ringbeschleuniger eingespeist, weiterbeschleunigt und später in die FAIR-Anlage geleitet werden können. Da der bestehende, fast 50 Jahre in Betrieb befindliche Alvarez die hohen Anforderungen für FAIR nicht erreichen kann, fiel die Entscheidung für einen Austausch.

Die neuen Komponenten vereinen große Dimensionen im Meterbereich mit hoher Präzision im Submillimeterbereich. Innenseitige Oberflächen müssen in höchster Qualität mit Rauigkeiten von wenigen Mikrometern gefertigt sein, um später die Verkupferung aufbringen zu können. Eine große Herausforderung für die auf Großkomponenten spezialisierte GSI-Galvanik stellt aufgrund der notwendigen Homogenität auch die Kupferbeschichtung selbst dar. Nur mit ihr können die Geräte ihre „glänzende“ Zukunft im Beschleuniger antreten.

„Eine weitere Spezialität sind die in die Driftröhren der Struktur eingebauten Quadrupolmagnete, die während der Beschleunigung für eine Fokussierung des Strahls sorgen. Auch hier müssen Herstellung, Einbau und Justage exakt stimmen, um die Magnetfeldqualität zu wahren“, erläutert Beschleunigerphysiker Dr. Lars Groening, der die zuständige Abteilung „UNILAC Post Stripper Upgrade“ leitet. „Die Quadrupole haben wir gegenüber dem Bestands-Alvarez stark verbessert: Sie fokussieren stärker und können durch schnelle Umtastung im quasi-gleichzeitigen Betrieb mit mehreren Ionenarten optimale fokussierende Eigenschaften für jede Sorte gewährleisten. Das ist für FAIR unverzichtbar.“

In das Projekt sind viele der technischen Abteilungen von GSI/FAIR involviert. Nach umfangreicher Planung erfolgten Design und Konstruktion der Bauteile. Eine erste neue FoS-Alvarez-Komponente wurde in 2019 geliefert und auf dem Campus zusammengesetzt. Zunächst erfolgten Tests auf die spezifizierten Eigenschaften wie Dimensionen, Toleranzen und Oberflächenqualität der Innenseite sowie der Eigenschaften der elektromagnetischen Felder bei geringen Leistungen. Im vergangenen Jahr 2020 erhielt die Struktur dann ihren charakteristischen Glanz: Sie wurde erfolgreich in der GSI-Galvanik verkupfert und ist nun bereit für Tests im Hochleistungsbetrieb.

Besteht der FoS alle Tests, werden 25 Sektionen in Serienfertigung hergestellt. Auch sie müssen eine definierte Abnahmeprozedur und Tests der hochfrequenten elektromagnetischen Felder durchlaufen. Hierzu werden jeweils fünf Sektionen zu einer Kavität mit drei Tonnen schweren Enddeckeln an jeder Seite und den Driftröhren zusammengeschaltet, so dass insgesamt fünf Kavitäten getestet werden. Erst nach diesem sorgfältigen Testprogramm kann der Austausch des Bestands-Alvarez durch die fünf neuen Alvarez-Kavitäten im UNILAC-Tunnel beginnen, der rund eineinhalb Jahre dauern soll. (CP)

Seit 2018 realisiert die PORR im Projekt als Teil der ARGE FAIR Anlagenbereich Nord eines der aktuell größten und komplexesten Bauvorhaben der internationalen Spitzenforschung: PORR baut den 1,1 km langen FAIR-Beschleunigertunnel inklusive der darüberliegenden Gebäudeteile, das Kreuzungsbauwerk mit unterirdischer Transferhalle zur Leitung des Strahls in den Beschleunigerring (SIS100) sowie das angeschlossene Hauptversorgungsgebäude. (CP)

Im FAIR-Ringbeschleuniger werden verschiedene ausgefeilte Magnete und ganze Magnetsysteme dafür sorgen, dass der Ionenstrahl präzise gelenkt und fokussiert wird. Zu ihnen gehören auch die supraleitenden Dipolmodule. Insgesamt wurden 110 Dipolmagnete für FAIR produziert, 108 werden im Ringbeschleuniger-Tunnel installiert, zwei weitere sind Ersatzmagnete. Die Dipole, die vor allem zur Umlenkung des Teilchenstrahls eingesetzt werden, machen somit mehr als ein Viertel aller 415 im SIS100 verwendeten schnell gerampte supraleitenden Magnete aus.

Die erfolgreiche Herstellung dieser Dipolmodule und ihr Testen stellt die größte je im Auftrag von GSI gefertigte Serie von Beschleunigerkomponenten dar. Der Abschluss ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Installation im Tunnel, die voraussichtlich in der zweiten Hälfte nächsten Jahres beginnen soll. Die Firma Bilfinger Noell in Würzburg, eine der wenigen europäischen Hersteller für supraleitende Magnete, war mit der Serienproduktion beauftragt.

Die SIS100-Dipolmagnete sind sogenannten Superferric-Magnete, bestehend aus einer supraleitenden Spule und einem Eisenjoch zur Führung des Magnetfeldes. Das Besondere an den Magneten ist die supraleitende Spule, in der ein spezielles supraleitendes Kabel zum Einsatz kommt. Dieses Nuklotronkabel – entwickelt wurde ursprünglich für den Kreisbeschleuniger Nuklotron am Joint Institute for Nuclear Research (JINR) im russischen Dubna – eignet sich besonders zur Erzeugung schnell gerampter Magnetfelder.

Das Kabel besteht aus einem Kupfer-Nickel-Röhrchen, um das Stränge aus Niobium-Titanium, einem gebräuchlichen Supraleiter, gewickelt sind. Das ursprüngliche Design wurde in Hinblick auf die Anforderungen von FAIR optimiert. Es wird mit flüssigem Helium gekühlt und bei einer Temperatur von 4,5 Kelvin betrieben (das entspricht 4,5 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt bei rund -273 Grad). Das Design der Magneten erlaubt es, Vakuumkammern für den Ionenstrahl zu integrieren, deren Wandtemperatur ebenfalls knapp über dem absoluten Nullpunkt liegt. Damit wirken die Kammerwände wie eine Superpumpe, an denen die restlichen Teilchen des Strahlvakuums heften bleiben. Der in dieser Weise ermöglichte extrem niedrige Restgasdruck ist zwingende Voraussetzung zur Beschleunigung von Schwerionenstrahlen höchster Intensitäten. Höchste Teilchenintensitäten gehören zu den Spezifikationen der FAIR-Anlage, die eine große Vielfalt neuer Experimentiermöglichkeiten bietet.

Jeder der etwa drei Tonnen schweren und drei Meter langen Magnete wurde einem umfangreichen Prüfprogramm unterzogen: Die Qualitätskontrolle der Produktion und verschiedene Tests erfolgten vor der Auslieferung nach Darmstadt unter Raumtemperatur-Bedingungen in Würzburg. Unter anderem wurde die geometrische Präzision der inneren Apertur und die elektrischen Eigenschaften der Spule im Rahmen des sogenannten FAT (Factory Acceptance Tests) vermessen. Es gelang der Firma Bilfinger Noell, die Fertigung über die gesamte Serie so präzise zu gestalten, dass die Abweichungen der Geometrie der feldbestimmenden Polschuhe stets kleiner als 50 Mikrometer von der Sollgeometrie waren.

Nach der Lieferung zu GSI wurden alle 110 Dipolmodule einem SAT (Site Acceptance Test) unterzogen, der auch Leistungstests bei der finalen Betriebstemperatur von 4,5 K umfasste. Um die Magnete auf diese Temperatur abkühlen zu können, wurde bei GSI eigens eine aufwendige, fast 700 Quadratmeter große Testeinrichtung mit Kryoanlage für supraleitende Beschleunigermagnete (STF, Series Test Facility) aufgebaut. Sie verfügt über vier sogenannte Feed-Boxen, an die die Dipolmodule angeschlossen werden und in unterschiedlichen Phasen parallel getestet werden konnten. Mit einem eigens beschafften Hochleistungsnetzteil konnten die Module im Leistungstest mit Stromstärken bis zu 17 Kiloampere bei Stromanstiegsraten von 28.000 Ampere pro Sekunde versorgt werden.

Das Testprogramm für alle 110 Dipolmodule wurde in jahrelanger Zusammenarbeit von Mitarbeitenden verschiedener Fachbereiche und Abteilungen durchgeführt. In einem letzten Integrationsschritt werden nun noch die dünnwandigen Dipolkammern eingebaut, die bei der Firma PINK Vakuumtechnik in Wertheim produziert werden. (BP)

Die „Charta der Vielfalt" geht auf eine Unternehmensinitiative zur Förderung von Vielfalt in Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen zurück. Die Bundesregierung unterstützt diese Initiative, Schirmherrin der Charta ist Bundeskanzlerin Angela Merkel. Inzwischen haben über 3800 Unternehmen und Institutionen mit mehr als 14 Millionen Beschäftigten die Charta der Vielfalt unterzeichnet.

Träger der Initiative ist seit 2010 der gemeinnützige Verein Charta der Vielfalt e.V.. Ziel ist es, die Anerkennung, Wertschätzung und Einbeziehung von Vielfalt in der Unternehmenskultur in Deutschland zu fördern. Mit unterschiedlichen Projekten treibt die Charta der Vielfalt die inhaltliche Diskussion zum Diversity-Management in Deutschland weiter voran.

Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, hebt hervor: „Für GSI/FAIR als stark international agierende Forschungseinrichtung ist die Zusammenarbeit mit unterschiedlichen Menschen und Kulturen bereits gelebte Vielfalt. Spitzenforschung basiert auf lebendigen Kooperationen über alle Grenzen hinweg, nicht nur über Ländergrenzen. Eine vorurteilsfreie Perspektive, die die unterschiedlichsten Talente optimal fördert, ist von großer Bedeutung für erfolgreiche Wissenschaft.“

Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer von GSI und FAIR, betont: „Die Vielfalt der Mitarbeitenden mit all ihren unterschiedlichen Fähigkeiten und Talenten erschließt ein Potenzial, auf das wir nicht verzichtet wollen und nicht verzichten können. Vielfalt ist auch ein wirtschaftlicher Erfolgsfaktor. Sie eröffnet Chancen, um den Anforderungen des modernen Wirtschafts- und Arbeitslebens noch erfolgreicher und effizienter zu begegnen, gerade in einer weltoffenen Institution wie GSI/FAIR.“

Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, unterstreicht: „Wertschätzung und Anerkennung von Vielfalt sind eine wichtige Ressource, die den Weg zu innovativen Lösungen ebnet. Neue Perspektiven und konstruktives Zusammenwirken ermöglichen es, sich den Herausforderungen der zunehmenden Globalisierung zu stellen. Diese Innovationsfähigkeit, die aus einer Organisationskultur der Vielfalt hervorgeht, gilt es zu nutzen, um zukunftsträchtige Projekte wie FAIR zu gestalten und voranzutreiben.“

Bereits im vergangenen Jahr hatten sich die Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft darauf geeinigt, ein gemeinsames Verständnis von Diversität, Inklusion und einer diversitätssensiblen Organisationskultur zu entwickeln und zu leben. Alle 19 Mitglieder der Helmholtz-Gemeinschaft, darunter auch GSI, verabschiedeten dazu in ihren Mitgliederversammlungen eine entsprechende Leitlinie, um die Rahmenbedingungen dafür zu schaffen, Vielfalt und Inklusion auch in den Prozessen, Strukturen und Gegebenheiten der Zentren abzubilden. Nun konnte mit der Unterzeichnung der „Charta der Vielfalt“ untermauert werden, wie wichtig für GSI/FAIR ein Klima der Akzeptanz und des gegenseitigen Vertrauens ist. (BP)

Weitere Information

• Webseite der Charta der Vielfalt

Neue Messungen der ALICE-Kollaboration zeigen, dass sich die Art und Weise, wie Charm-Quarks in Proton-Proton-Kollisionen Hadronen bilden, deutlich von den Erwartungen unterscheidet, die auf Messungen an Elektronenbeschleunigern basieren. Die ALICE-Forschungsabteilung bei GSI war maßgeblich an der Messung und Auswertung der Ergebnisse beteiligt.

Quarks gehören zu den Elementarteilchen des Standardmodells der Teilchenphysik. Neben Up- und Down-Quarks, die die Grundbausteine der gewöhnlichen Materie im Universum sind, existieren vier weitere Quark-Varianten, die in Kollisionen an Teilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider LHC des CERN ebenfalls reichlich produziert werden. Quarks werden aufgrund eines fundamentalen Aspekts der starken Wechselwirkung, dem sogenannten Farbladungseinschluss, nicht isoliert beobachtet. Der Einschluss bedingt, dass Teilchen, die die Ladung der starken Wechselwirkung, genannt Farbe, tragen, farbneutrale Zustände bilden. Dies wiederum zwingt Quarks dazu, einen Prozess der Hadronisierung zu durchlaufen, d. h. Hadronen zu bilden, die zusammengesetzte Teilchen sind, die meist aus einem Quark und einem Antiquark (Mesonen) oder aus drei Quarks (Baryonen) bestehen. Die einzige Ausnahme ist das schwerste Quark, das Top, das zerfällt, bevor es Zeit hat, zu einem Hadron zu werden.

An Teilchenbeschleunigern entstehen Quarks mit großer Masse, wie z. B. das Charm-Quark, nur bei den ersten Wechselwirkungen zwischen den kollidierenden Teilchen. Je nach Art des verwendeten Strahls sind dies Elektron-Positron-, Elektron-Proton- oder Proton-Proton-Kollisionen (wie am LHC). Die anschließende Hadronisierung von Charm-Quarks zu Mesonen (D⁰, D⁺, D_s) oder Baryonen (Λ_c, Ξ_c, ...) findet auf einer langen Raum-Zeit-Skala statt und wurde bis zu den jüngsten Erkenntnissen der ALICE-Kollaboration als universell ­ – also unabhängig von der Spezies der kollidierenden Teilchen –  angesehen.

Die großen Datenmengen, die während der zweiten Messperiode am LHC gesammelt wurden, ermöglichten es ALICE, die überwiegende Mehrheit der in den Proton-Proton-Kollisionen erzeugten Charm-Quarks zu erfassen, indem die Zerfälle aller Arten von Charm-Mesonen und der häufigsten Charm-Baryonen (Λ_c und Ξ_c) rekonstruiert wurden. Es wurde festgestellt, dass die Charm-Quarks zu 40 % Baryonen bilden. Das ist viermal so oft als aufgrund von Messungen erwartet, die zuvor an Collidern mit Elektronenstrahlen gemacht wurden (e⁺e^- und ep in der Abbildung).

„Unsere lokale ALICE-Gruppe bei GSI hat unter Koordination von Dr. Andrea Dubla viele dieser Resultate produziert und publiziert. Dabei kam auch eine Auswertungssoftware zur Rekonstruktion der Zerfälle zum Einsatz, die für das FAIR-Experiment zur Untersuchung komprimierter Kernmaterie CBM entwickelt wurde und nun von CBM und ALICE gemeinsam genutzt wird“, erläutert Professorin Silvia Masciocchi, Leiterin der ALICE-Abteilung bei GSI. „Die Untersuchung schwerer Quarks gehört zu den Schwerpunkten unserer ALICE-Forschung bei GSI, und wir freuen uns sehr, dass unsere langjährigen Bemühungen nun zu solch eindrucksvollen Resultaten beigetragen haben. Wir profitieren auch sehr vom HGF-GSI-OCPC Programm, das uns ermöglicht, exzellente junge Wissenschaftler von chinesischen Universitäten für unsere Forschung zu gewinnen. Dies eröffnet spannende Perspektiven für die Zukunft.“

Die Messungen zeigen, dass der Prozess des Farbladungseinschlusses und der Hadronenbildung immer noch ein unzureichend verstandener Aspekt der starken Wechselwirkung ist. Aktuelle theoretische Erklärungen für die Baryonenanreicherung beinhalten die Kombination von mehreren Quarks, die in Proton-Proton-Kollisionen erzeugt werden, und neue Mechanismen bei der Neutralisierung der Farbladung. Zusätzliche Messungen während der nächsten Messperiode am LHC werden es ermöglichen, diese Theorien zu überprüfen und unser Wissen über die starke Wechselwirkung zu erweitern. (CERN/CP)

Weitere Informationen

• Meldung auf der CERN-Webseite (Englisch)
• Wissenschaftliche Veröffentlichung auf arxiv.org (Englisch)
• ALICE-Webseite bei GSI
• Webseite der ALICE-Kollaboration (Englisch)
• GET_INvolved Progamme
• GET_INvolved China HGF-ODPC Chinese Postdoctoral Programme

Dr. Dr. Jennifer Ngo-Anh ist als Forschungs- und Nutzlastenkoordinatorin im ESA-Direktorat für astronautische und robotische Weltraumexploration tätig. Dort koordiniert sie das Forschungs- und Nutzlastprogramm, das das übergeordnete Ziel hat, sichere und nachhaltige Langzeit-Explorationsmissionen in den tiefen Weltraum mit menschlichen Besatzungen zu ermöglichen. In ihrem Aufgabenfeld wird sie auch die ESA-FAIR-Kooperation zur Erforschung von kosmischer Strahlung verantwortlich betreuen, in die sie schon zuvor maßgeblich eingebunden war, unter anderem als Teil des Projektteams bei der Umsetzung der gemeinsamen ESA-FAIR Summer School.

Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, sagte: „GSI und FAIR danken Thomas Reiter ganz herzlich für die hervorragende Zusammenarbeit. Er war einer der entscheidenden Initiatoren der ESA-FAIR-Kooperation, die wir mit der Vertragsunterzeichnung im Februar 2018 erfolgreich starten konnten und die seither zahlreiche wichtige Forschungsbeiträge hervorgebracht hat. Wir freuen uns sehr auf die künftige Zusammenarbeit mit Dr. Dr. Ngo-Anh und die Möglichkeit, gemeinsam mit ihr unsere Kooperation weiter voranzubringen. Die Zusammenarbeit von FAIR und ESA eröffnet einmalige Möglichkeiten für exzellente Forschung im Bereich der kosmischen Strahlung und ihrer Auswirkungen.“

Mehr über die Auswirkungen von kosmischer Strahlung auf Menschen, Elektronik und Material zu erfahren, gehört zu den entscheidenden Fragestellungen der Zukunft in der astronautischen, aber auch der robotischen Raumfahrt. Weiter wichtiger Baustein ist die Beurteilung von Strahlenrisiken. Die genauere Erforschung von kosmischer Strahlung, wie sie die ESA-FAIR-Kooperation anstrebt, ist somit eine der zentralen Aufgaben zum effektiven Schutz von Astronaut*innen und Raumfahrtsystemen.

Die neue ESA-Verantwortliche Dr. Dr. Ngo-Anh freut sich ebenfalls auf die vertiefte Zusammenarbeit mit GSI/FAIR und betont die Bedeutung: „Weltraumstrahlung gilt als eine der Hauptrisiken für lang andauernde menschliche Erkundungsmissionen in den tiefen Weltraum. Deshalb wollen wir in Kooperation mit GSI/FAIR unser Verständnis der Weltraumstrahlung vorantreiben. Die Kooperation ist einzigartig, da im Bereich der Weltraum-Strahlungsforschung nur sehr begrenzte Möglichkeiten bestehen, Materialien der (Weltraum-)Bestrahlung auszusetzen. Eines der Hauptziele der Kooperation ist es, weltraumrelevante Experimente durchzuführen und die gewonnenen Erkenntnisse an den hochmodernen Anlagen und der Infrastruktur von GSI beziehungsweise FAIR in Darmstadt direkt anzuwenden – und damit einen Beitrag zur nachhaltigen und sicheren Erforschung des Weltraums mit menschlichen Besatzungen zu leisten.“

Dr. Dr. Jennifer Ngo-Anh studierte in Tübingen Medizin und promovierte dort, danach folgte ein Neurowissenschaftsstudium mit Promotion an der Universität Portland im US-Bundesstaat Oregon. Anschließend begann ihre Karriere bei der ESA im Direktorat für astronautische Raumfahrt. Heute leitet sie als Programmkoordination Forschung und Nutzlasten mit einem 20-köpfigen Team die hauptsächlich medizinisch-lebenswissenschaftlichen Aspekte des europäischen Raumfahrt-Programms. Zu ihrem Tätigkeitsbereich gehören die wissenschaftliche Planung, Koordination und Umsetzung des europäischen Beitrags zur Internationalen Raumstation (ISS) sowie aller europäischen bodenbasierter Aktivitäten im Bereich der astronautischen und robotischen Raumfahrt. (BP)

In der laufenden Experimentierzeit auf dem GSI- und FAIR-Campus nutzt TRON in Zusammenarbeit mit der GSI-Abteilung Biophysik die Beschleunigeranlagen für eine neue, vielversprechende Kombination an Therapieansätzen: die Verbindung der Kohlenstoffionentherapie einerseits und der Immuntherapie mit einem mRNA-basierten Krebsimpfstoff andererseits. Die Kombination dieses potenten systemischen Medikaments mit lokalem Schwerionenbeschuss der Primärmasse könnte ein Schlüssel sein, um Krebserkrankungen im fortgeschrittenen Stadium zu besiegen.

Noch ist die Forschung von TRON bei GSI/FAIR ein Blick in die Zukunft. „Die Ergebnisse werden eine erste Orientierung geben, ob die Schwerionen-Strahlentherapie von einer kombinierten Immuntherapie mit Krebsimpfstoffen profitieren kann, und sind aufschlussreich für die Translation von Radioimmuntherapie-Kombinationen unter Verwendung schwerer Ionen in die Klinik“, erläutern die beiden TRON-Wissenschaftlerinnen Dr. Fulvia Vascotto und Dr. Nadja Salomon.

„Ziel des aktuellen Experiments bei GSI/FAIR ist es, die Wirksamkeit von Kohlenstoffionen und Röntgenstrahlen (konventionelle Strahlentherapie), jeweils kombiniert mit einem mRNA basierten, für ein Maustumormodell spezifischen Impfstoff, direkt zu vergleichen“, erklärt Dr. Alexander Helm, Wissenschaftler in der GSI-Abteilung Biophysik und für die Experimentkoordination zuständig. Das Experiment betritt absolutes Neuland: Eine Partikeltherapie mit Kohlenstoffionen und therapeutische Krebsimpfstoffe wurden bisher noch nie kombiniert.

Das Immunsystem spielt eine wichtige Rolle bei der Vermeidung und Heilung von Krebs. Im Normalfall erkennt es entartete Zellen und kann diese „aussortieren“. Doch zugleich besitzt es hochkomplexe Kontrollmechanismen, um Überreaktionen zu vermeiden. Gerade dies können Krebszellen manchmal für sich nutzen und die Immunüberwachung herunterregulieren. Sie verschwinden damit gleichsam vom Radar, tarnen sich so geschickt, dass die körpereigene Abwehr den Feind nicht erkennt oder zu schwach ist, um ihn zu bekämpfen. Eine Immuntherapie kann das Immunsystem in diesem Kampf gegen den Krebs wieder aktivieren.

Der in prä-klinischen Studien bei TRON verfolgte Ansatz führt dazu, das Immunsystem über eine Impfung mit Boten-RNA (mRNA) zu stimulieren. Mit der Impfung – die zerbrechliche mRNA wird dabei in eine schützende Lipid-Hülle eingepackt – erhält der tumorerkrankte Organismus wertvolle Informationen. Wie ein Lehrer instruiert der von den antigenpräsentierenden Zellen aufgenommene Impfstoff spezifisch das Immunsystem, aktiviert es zur Produktion von Antigenen und mobilisiert es gegen die mutierten Krebszellen. Dieser Krebsimpfstoff basiert auf ähnlichen Technologien wie die gegen Covid-19 eingesetzten mRNA-basierten Impfstoffe.

Es gibt bereits einen Hinweis darauf, dass eine konventionelle Strahlentherapie (hochenergetische Röntgenstrahlung) als zweite Komponente neben einem mRNA-Impfstoff Synergien bewirkt, die sich als effizienter in der antitumoralen Wirkung zeigen und das Immunsystem stärken. Die immunologischen Effekte einer Schwerionentherapie sind dagegen weniger bekannt. Die Strahlentherapie mit Kohlenstoffionen wurde bei GSI entwickelt und ist mittlerweile sehr erfolgreich in Heidelberg und Marburg sowie in neun weiteren Zentren weltweit für bestimmte Tumorformen in der klinischen Anwendung. Kann die Strahlentherapie mit Kohlenstoffionen bei bestimmten Tumorarten von Vorteil sein und kann sie neue klinische Perspektiven für mehr Krebspatient*innen eröffnen? Möglicherweise ist diese Therapieform immunogener, könnte also eine noch stärkere Immunantwort auslösen als eine konventionelle Strahlentherapie und gemeinsam mit einem individualisierten mRNA-Impfstoff dazu führen, dass mehr Patient*innen auf diese therapeutische Kombination ansprechen. Das ist die Art von Fragen, auf die dieses Proof-of-Concept-Experiment eine Antwort geben möchte.

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der GSI-Abteilung Biophysik hatte im vergangenen Jahr mit Hauptautor Dr. Alexander Helm bereits erste vielversprechende Ergebnisse für den möglichen Nutzen einer Behandlungskombination aus Kohlenstoffionen und Immuntherapie veröffentlicht. Die Forschenden konnten demonstrieren, dass Kohlenstoffionen plus Immuntherapie bei der Kontrolle von Lungenmetastasen wirksamer sind als beide Therapien für sich allein genommen und auch wirksamer als Röntgenstrahlen plus Immuntherapie. Dabei waren allerdings Checkpoint-Inhibitoren statt des jetzigen therapeutischen mRNA-Impfstoffs Basis der Immuntherapie gewesen.

Der Fortgang der aktuellen Krebsforschung bei TRON in Mainz wird neue Antworten liefern, unter anderem im Hinblick auf die Tumorkontrolle/-rückgang (hier ein kolorektales Adenokarzinom) und über die Mechanismen, die immunologische Zellakteure bei den antitumoralen Effekten einbeziehen. Doch um dieses Potenzial noch besser ermessen zu können, muss weitere Forschung erfolgen und schließlich auch der Einsatz in klinischen Studien getestet werden. „Wissenschaftliche Synergien durch sich ergänzende Forschung wirken als Beschleuniger für die Entwicklung innovativer Therapieansätze. Gemeinsame Forschungsaktivitäten, wie derzeit zwischen der GSI und TRON, sind daher von hoher Bedeutung für die zukunftsorientierte Krebsforschung“, betont Michael Föhlings, Geschäftsführer von TRON.

Die Weiterentwicklung der Therapie mit geladenen Teilchen ist ein Spezialgebiet von Professor Marco Durante, dem Leiter der GSI-Abteilung Biophysik. Den Ergebnissen der TRON-Untersuchungen sieht er mit Spannung entgegen: „Die Teilchentherapie ist stark im Wachstum begriffen und ist möglicherweise die wirksamste und präziseste Strahlentherapietechnik. Sie mit hochmodernen Impfstoffen zu kombinieren, ist ein äußerst vielversprechender Ansatz. Ziel dabei ist es immer, die zentrale Frage zu beantworten: Wie soll therapiert werden, um die effizienteste, die beste Immunantwort zu bekommen im Kampf gegen den Krebs? Die gesamte Erfahrung von TRON und GSI/FAIR auf dem Gebiet der Krebsforschung wird dabei gebündelt und verstärkt. Das ist für mich ein Highlight unseres aktuellen FAIR-Phase 0-Experimentierprogramms.“

Der Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino sagt: „Ich bin von diesen Experimenten außerordentlich begeistert. Dass ein mRNA-basierter Impfstoff in Verbindung mit Ionenstrahlen zur Entwicklung einer möglichen neuen Krebstherapie untersucht wird, ist ein perfektes Beispiel für das große Potenzial der Grundlagenforschung an unseren Beschleunigeranlagen, um neue Ergebnisse zum Nutzen der Gesellschaft hervorzubringen. Die erste Stufe des FAIR-Experimentierprogramms, das Vorlaufprogramm FAIR Phase 0, bietet bereits hervorragende Möglichkeiten. Mit dem Bau der FAIR-Anlage in Darmstadt wollen wir dieses Potenzial in weltweiter Zusammenarbeit ausbauen und weiterentwickeln." (BP)

Über TRON:

Die TRON gGmbH ist ein biopharmazeutisches Forschungsinstitut, das neue Diagnostika und Arzneimittel für die Therapie von Krebs und anderen Erkrankungen mit hohem medizinischem Bedarf entwickelt. Der Schwerpunkt von TRON liegt in der Entwicklung neuer Plattformen für personalisierte Therapiekonzepte und Biomarker, und somit in der Überführung grundlagenorientierter Forschung in die Entwicklung neuer Arzneimittel. In Zusammenarbeit mit akademischen Institutionen, Biotechnologiefirmen und der pharmazeutischen Industrie kommen in der Forschung am TRON modernste Technologien zum Einsatz. Zudem stellt TRON seine einzigartige Expertise und Infrastruktur der Entwicklung von innovativen Arzneimitteln zur besseren Patientenversorgung zur Verfügung.

Über GSI/FAIR:

Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine weltweit einzugartige Beschleunigeranlage für Ionen. Einige der bekanntesten Ergebnisse sind die Entdeckung sechs neuer chemischer Elemente sowie die Entwicklung einer neuen Krebstherapie. Zurzeit entsteht bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. Mit FAIR wird Materie im Labor erzeugt und erforscht werden, wie sie sonst nur im Universum vorkommt. Forschende aus aller Welt werden die Anlage für Experimente nutzen, um neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen, vom Urknall bis heute. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik.

Das VAJRA Faculty Scheme ermöglicht es Dr. Rahul Singh, im Jahr 2021 ein gemeinsames Forschungsprojekt mit seinen Kolleg*innen am IUAC in Neu Delhi durchzuführen. Dieses prestigeträchtige Forschungsstipendium des Science and Engineering Research Board, Government (SERB), eines Gremiums des indischen Ministeriums für Wissenschaft und Technologie, ist ein spezielles Förderprogramm, um talentierten Forschenden indischer Herkunft – es können auch deutsche Staatsbürger*innen sein – einen wissenschaftlichen Austausch und eine Forschungskooperation in Indien zu ermöglichen, die zu einer engeren Zusammenarbeit der Partnerinstitute führt.

Dr. Rahul Singh ist in der Abteilung Strahldiagnostik bei GSI und FAIR tätig und arbeitet als Arbeitspaketleiter für das Closed-Orbit-Feedback-System für den zukünftigen FAIR-Ringbeschleuniger SIS100. Sein derzeitiger Forschungsschwerpunkt liegt auf Signalverarbeitungsalgorithmen für Synchrotrons und Speicherringe, Rückkopplungssystemen und der Optimierung der langsamen Extraktion bei FAIR. Weitere Forschungsinteressen umfassen die Anwendung von Übergangsstrahlung für die transversale und longitudinale Diagnostik in verschiedenen Teilen der GSI-Beschleunigeranlage, die inverse Modellierung des Beschleunigers sowie die Anwendung von maschinellen Lerntechniken zur Leistungsverbesserung von Diagnosegeräten.

Das VAJRA (Visiting Advanced Joint Research) Faculty Scheme des Science and Engineering Research Board, Government (SERB) India ist ein spezielles Programm ausschließlich für ausländische Forschende und Akademiker*innen mit Schwerpunkt auf nicht ortsansässigen Inder*innen (NRI) und Personen indischen Ursprungs (PIO), um als Lehrbeauftragte*r oder Gastwissenschaftler*in für einen bestimmten Zeitraum in indischen, öffentlich finanzierten akademischen und Forschungseinrichtungen zu arbeiten.

Das indische Gastinstitut, das Inter-University Accelerator Centre (IUAC), ist das erste Inter-University Centre (IUC) der University Grant Commission (UGC) of India, 1984 nach Zustimmung der Planungskommission als autonome Einrichtung mit dem Namen Nuclear Science Centre mit dem Ziel gegründet, innerhalb des Universitätssystems Beschleunigersysteme von Weltklasse zusammen mit experimentellen Einrichtungen zu schaffen und eine grundlegende Infrastruktur zu bieten, um international wettbewerbsfähige Forschung im Bereich der Kernphysik, Materialwissenschaft, Atomphysik, Strahlenbiologie, Strahlenphysik und Beschleuniger-Massenspektrometrie zu ermöglichen. Das Zentrum wurde 1991 zu einer nationalen User-Einrichtung und verfügt über Indiens größten Tandembeschleuniger. Später kamen weitere Beschleuniger wie ein supraleitender Linearbeschleuniger, ein 1,7-MeV-Pelletron-Beschleuniger und eine auf Electron Cyclotron Resonance (ECR)-Ionenquelle basierende Niederenergie-Ionenstrahlanlage hinzu.

Weitere Informationen

Für weitere Informationen zum Programm kann Programm-Koordinator Dr. Pradeep Ghosh kontaktiert werden.

Weiterführende Links

GET_INvolved Programm

VAJRA Programm – Indien

IUAC New Delhi – Indien

Exzellenz-Zertifikat der GSI/FAIR-Geschäftsführung für Dr Rahul Singh

Das Thema FLASH-Bestrahlung steht weltweit stark im Fokus und ist auch ein Arbeitsschwerpunkt innerhalb der klinischen Radiobiologie bei der GSI-Biophysik. Das FLASH-Verfahren ist eine neue, vielversprechende Möglichkeit der Strahlentherapie. Das englisch Wort Flash bedeutet Blitz, in der Strahlenmedizin geht es entsprechend um eine ultrakurze und ultrahoch dosierte Bestrahlung, bei der die Behandlungsdosis in Zeitskalen von unter einer Sekunde abgegeben wird. Ziel ist es, bei der FLASH-Bestrahlung eine sehr hohe Strahlendosis in sehr kurzer Zeit zu applizieren. Bei der traditionellen Strahlentherapie, aber auch bei der Protonen- oder Ionentherapie werden den Erkrankten über einen längeren Zeitraum kleinere Strahlendosen verabreicht, während bei der FLASH-Strahlentherapie nur wenige kurze Bestrahlungen erforderlich sein könnten, die alle weniger als 100 Millisekunden dauern.

Jüngste In-vivo-Untersuchungen konnten im Bereich der Elektronenstrahlung bereits zeigen, dass ein FLASH-Verfahren mit einer ultrahohen Dosisrate weniger schädlich für gesundes Gewebe ist, aber genauso effizient wie konventionelle Dosisleistungsstrahlung, um das Tumorwachstum zu hemmen. Für die Protonen- und auch für die Ionenstrahl-Bestrahlung, wie sie der bei GSI entwickelten Tumortherapie mit Kohlenstoff-Ionen zugrunde liegt, ist ein solcher Effekt noch nicht nachgewiesen. Hier steht noch viel Forschungsarbeit an. Die Ergebnisse des aktuellen Experiments bei GSI werden nun ausgewertet und sollen zu neuem Erkenntnisgewinn beitragen.

Aber nicht nur wissenschaftlich, sondern auch technisch ist das Thema eine große Herausforderung: Bisher war eine solche FLASH-Technik nämlich nur an Elektronen- und Protonenbeschleunigern anwendbar. Während mit einem Zyklotron (Kreisbeschleuniger) die erforderlichen Dosisleistungen für Elektronen und Protonen erreicht werden kann, ist dies mit den in der Schwerionentherapie benötigten Synchrotrons wie dem SIS18 bei GSI schwieriger. Deshalb ist das aktuelle Experiment im Rahmen der FAIR-Phase 0 ein ganz entscheidender Schritt: Durch die Leistungssteigerung an der bestehenden GSI-Beschleunigeranlage im Rahmen der Vorbereitungen für FAIR kann nun auch für Kohlenstoff die nötige Dosisrate im Millisekunden-Bereich erreicht werden. Bevor das Verfahren bei Patient*innen routinemäßig zum Einsatz kommen kann, braucht es allerdings noch viel technische Entwicklung und viele Untersuchungen.

Der Leiter der GSI-Forschungsabteilung Biophysik, Professor Marco Durante, zeigte sich sehr erfreut über den wichtigen Erfolg bei der FLASH-Bestrahlung: „Es ist eine zukunftsweisende Methode, die das therapeutische Fenster in der Strahlentherapie erheblich vergrößern könnte. Es freut mich sehr, dass die Forschenden und das Beschleunigerteam demonstrieren konnten, dass es möglich ist, mit Kohlenstoffstrahlen Bedingungen zu erzeugen, wie sie für eine FLASH-Therapie von Tumoren notwendig sind. Wenn es gelingt, die große Wirkung und Präzision der Schwerionentherapie mit einer FLASH-Bestrahlung bei gleichbleibender Wirksamkeit und schädigungsarm für das gesunde Gewebe zu kombinieren, könnte dies den Weg für eine zukünftige Schwerionentherapie in einigen Jahren ebnen.“

Auch der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, ist sehr erfreut: „Die Kombination aus Expertise in Biophysik und Medizin sowie ingenieurstechnischer Spitzenleistung ermöglicht es, erste weltweit herausragende Experimente zur FLASH-Bestrahlung mit Ionenstrahlen durchzuführen. Daraus könnten sich wichtige Ergänzungen zu bestehenden Strahlentherapien ergeben. Die Anwendungen in der Tumortherapie sind eines der Forschungsgebiete, die von den jüngst erhöhten Intensitäten der GSI-Beschleuniger profitieren können. Die moderne Radiobiologie wird einen erheblichen Nutzen von Strahlen mit noch höheren Intensitäten haben, wie wir sie an der im Bau befindliche FAIR-Anlage bieten werden. FLASH ist ein erstes Beispiel für diese zukünftigen Arbeitsausrichtungen.“ (BP)

Der große Ringtunnel besteht aus den beiden parallel nebeneinander verlaufenden Tunnelbereichen, zum einen für die Beschleunigermaschine, zum anderen für die entsprechenden technischen Versorgungseinrichtungen. Die Bodensohle liegt in 18 Meter Tiefe. Errichtet wurde der Beschleunigerring in mehreren, jeweils rund 25 Meter langen Segmenten. Nach der Vollendung der tragenden Teile, der Bodenplatten, der Wände und der Deckenkonstruktion steht als nächstes die Montage der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) wie Elektroversorgung, Klimatechnik, Sicherheitstechnik usw. an. Die Baugrube wird nun sukzessive verfüllt, worauf obererdig zusätzliche Baustelleneinrichtungsflächen für die TGA-Firmen hergerichtet werden. Nachdem die letzte Decke betoniert wurde, wird noch eine Logistiköffnung offengehalten, um den Großteil der Schalung für den Tunnel dort ausheben zu können. Später wird auch sie verschlossen werden.

Der SIS100 ist ein Projekt der Superlative, was sich auch in einigen Eckdaten widerspiegelt: In der Baugrube Nord mit ihrem unterirdischen Ringbeschleuniger als zentraler Gebäudestruktur wurde insgesamt knapp eine Million Kubikmeter Erde für den Bau ausgehoben, die zu einem großen Teil wieder an Ort und Stelle verfüllt wird. Insgesamt wurden zirka 159.000 Kubikmeter Beton für den SIS100-Beschleunigerring verbaut, rund 27.000 Tonnen Stahl sorgen für verlässliche Stabilität des unterirdischen Bauwerks.

Der Technische Geschäftsführer von FAIR und GSI, Jörg Blaurock, zeigte sich erfreut über den Abschluss dieser für das gesamte FAIR-Projekt so wichtigen Etappe: „FAIR ist ein wissenschaftlich und technisch außergewöhnliches Bauvorhaben. Es erfordert maßgeschneiderte Lösungen sowie das Ineinandergreifen zahlreicher Einzelgewerke. Deshalb sind in unserer integrierten Gesamtplanung Hoch- und Tiefbau, Beschleunigerentwicklung und -bau sowie die wissenschaftlichen Experimente eng aufeinander abgestimmt. Der jetzt erfolgte Ringschluss ist das Ergebnis präziser Planung und Umsetzung und ein substanzieller Fortschritt des gesamten Projektes. Die enge Verzahnung und integrierte Abstimmung mit allen beteiligten Parteien und Stakeholdern ist ein entscheidender Eckpfeiler der Realisierungsstrategie für das FAIR-Projekt.“ (BP)

Ein Physik-Forschungsteam unter Leitung der TU Darmstadt hat den höchsten jemals beobachteten Europium-Gehalt in Sternen entdeckt. Die Arbeit der EUROPIUM-Gruppe um die mit einem Grant des Europäischen Forschungsrates ausgezeichneten Professorin Almudena Arcones vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und der TU Darmstadt wurde nun in „The Astrophysical Journal“ veröffentlicht. Mitautor ist Dr. Moritz Reichert (Mitglied von EUROPIUM), Mitautorin Dr. Camilla Hansen vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg.

Europium ist der Schlüssel zum Verständnis der Entstehung der schweren Elemente durch den schnellen Neutroneneinfangprozess, den sogenannten r-Prozess. Dieser ist entscheidend sowohl für die Bildung der Hälfte der Elemente, die schwerer sind als Eisen, als auch für das gesamte Vorkommen an Thorium und Uran im Universum. Die EUROPIUM-Gruppe hat theoretische astrophysikalische Simulationen mit Beobachtungen der ältesten Sterne in unserer Galaxie und in Zwerggalaxien kombiniert. Letztere sind kleine, von dunkler Materie dominierte Galaxien, die um unsere Galaxie kreisen. Zwerggalaxien sind exzellente Testobjekte für die Untersuchung des r-Prozesses, da einige der ältesten, also seit 10 bis 13 Milliarden Jahren existierenden metallarmen Sterne eine Überhäufigkeit von r-Prozess-Elementen aufgewiesen haben. Studien haben sogar postuliert, dass nur ein einziges neutronenreiches Ereignis für diese Anreicherung in den kleinsten Zwerggalaxien verantwortlich sein könnte.

Mit ihrer neuen Entdeckung ist es den Forschenden in Darmstadt und Heidelberg gelungen, den höchsten jemals beobachteten Europium-Gehalt zu bestimmen – und sie haben einen neuen Namen für diese Sterne geprägt: „Europium-Sterne“. Diese Sterne gehören zur Zwerggalaxie Fornax – einer sphäroidischen Zwerggalaxie mit einem hohen Sterngehalt. In ihrer Publikation berichtet die Gruppe auch über die erste Beobachtung von Lutetium in einer Zwerggalaxie überhaupt und der größten Stichprobe von beobachtetem Zirconium.

Die „Europium-Sterne“ in Fornax wurden kurz nach einer explosiven Produktion schwerer Elemente geboren. Aufgrund der hohen stellaren Metallhäufigkeit muss das extreme r-Prozess-Ereignis erst vor vier bis fünf Milliarden Jahren stattgefunden haben. Dies ist ein sehr seltener Fund, da die meisten Europium-reichen Sterne viel älter sind. Daher geben die Europium-Sterne Einblicke in den Ursprung der Elemente im Universum zu einem sehr spezifischen und späten Zeitpunkt.

Schwere Elemente entstehen durch den r-Prozess bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne oder beim explosiven Ende massereicher Sterne mit starken Magnetfeldern. Die EUROPIUM-Gruppe hat diese beiden hochenergetischen Ereignisse analysiert und detaillierte Studien zur Elementproduktion in diesen Umgebungen durchgeführt. Aufgrund der immer noch großen Unsicherheiten in den kernphysikalischen Angaben ist es jedoch nicht möglich, die schweren Elemente in den „Europium-Sternen“ eindeutig einer dieser astrophysikalischen Umgebung zuzuordnen. Zukünftige Experimente im neuen Beschleunigerzentrum FAIR am GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt werden diese Unsicherheiten deutlich reduzieren. Die FAIR-Anlage verspricht in diesem Forschungsfeld einzigartige Möglichkeiten: Unter dem Motto „Das Universum im Labor“ sollen Zustände, wie sie in astrophysikalischen Umgebungen auftreten, auf der Erde nachvollzogen und so das Wissen über unseren Kosmos erweitert werden.

Darüber hinaus wird das neue hessische Clusterprojekt ELEMENTS, bei dem Professorin Arcones als leitende Forscherin fungiert, in einzigartiger Weise Simulationen von Neutronensternverschmelzungen, Nukleosynthese-Berechnungen mit den neuesten experimentellen Informationen und Beobachtungen kombinieren, um die seit langem bestehende Frage zu untersuchen: Wo und wie werden schwere Elemente im Universum produziert? (TUD/BP)

Weitere Informationen

Wissenschaftliche Veröffentlichung im Fachmagazin The Astrophysical Journal (Englisch)

Achim Schwenk, Professor für Kernphysik an der TU Darmstadt und Max-Planck-Fellow am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, ist vom Europäischen Forschungsrat (ERC) mit einem renommierten Advanced Grant ausgezeichnet worden. Sein Forschungsprojekt „Exploring the Universe through Strong Interactions“ (EUSTRONG) wird über einen Zeitraum von fünf Jahren mit rund 2,3 Millionen Euro gefördert. Es ist bereits der zweite ERC Grant für Professor 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.

Die Zustandsgleichung dichter Kernmaterie setzt zum Beispiel das Maß für die Masse und die Größe von Neutronensternen. Bei extremen Dichten jenseits derjenigen, die in Atomkernen erreicht werden, sind astrophysikalische Beobachtungen besonders interessant. So können aus LIGO/Virgo Beobachtungen von Gravitationswellen beim Verschmelzen von Neutronensternen sowie aus neuen Beobachtungen mit dem NICER-Instrument der NASA auf der internationalen Raumstation Informationen über den Radius von Neutronensternen gewonnen werden, der sensitiv auf hohe Dichten ist.

„Bisher passt das sehr gut mit unserem Verständnis über die Zustandsgleichung von Kernmaterie überein“, erklärt Professor Schwenk. „Mit EUSTRONG wollen wir nun erstmals aus diesen astrophysikalischen Beobachtungen direkte Einschränkungen auf die Wechselwirkungen in dichter Materie ableiten und so eine einheitliche Beschreibung der Materie in Kernen und Sternen entwickeln.“

Ein weiterer Meilenstein des ERC-Projekts ist die Beschleunigung von Vielteilchenrechnungen mit neuen Emulations- und Netzwerk-Methoden, um systematisch und global ab initio Rechnungen basierend auf der Starken Wechselwirkung für schwere Kerne zu ermöglichen. Dabei liegt ein Fokus auf extrem neutronenreichen schweren Kernen (um die Neutronenzahl 126), die für die Elemententstehung im Universum eine zentrale Rolle spielen. In diesem Bereich wird die zukünftige Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) in Darmstadt führend sein.

Mit den neuen Entwicklungen wollen Professor Schwenk und sein Team dann auch Schlüsselkerne untersuchen, die in extrem sensitiven Detektoren zum Nachweis dunkler Materie benutzt werden oder für die Entdeckung der kohärenten Neutrino-Streuung verwendet werden, die vor kurzem erstmals gelungen ist. Auf der Suche nach dunkler Materie im Universum und neuer Physik jenseits des Standardmodells spielt die Starke Wechselwirkung so auch eine wesentliche Rolle.

„Die erneute Auszeichnung durch den ERC unterstreicht, wie herausragend die Forschungsleistungen von Professor Achim Schwenk sind“, betont Professorin Barbara Albert, Vizepräsidentin für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs der TU Darmstadt. Besonders freut sich Professor Schwenk im neuen EUSTRONG Team mit exzellenten jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zusammenzuarbeiten, „denn die Bedingungen in der Kernphysik sind hier einzigartig und die Studierenden und Postdocs sind super“. (TUD/CP)

Weitere Informationen

• Pressemitteilung der Technischen Universität Darmstadt
• Webseite der Arbeitsgruppe an der TUD

Die Anlieferung des neuen großen Turmdrehkrans für den Südbereich erfolgte auf zwölf Sattelzügen, das Montageteam bestand aus sieben Mann, die Montagezeit einschließlich der Vorbereitung am Boden und der Kalibrierungs- und Einstellarbeiten betrug zwei Tage. Der neue Kran vom Typ Potain MDT 809 ist der größte sogenannte Topless-Turmdrehkran, der jemals von POTAIN (Manitowoc-Gruppe) gebaut wurde. Turmdrehkrane dieses Typs sind bereits auf mehreren Baustellen in Europa, Nordamerika und Asien-Pazifik im Einsatz, unter anderem beim Wiederaufbau der von einem Großbrand zerstörten Kathedrale Notre-Dame in Paris. Der Turmdrehkran MDT 809 bei FAIR ist der erste, der in Deutschland in Dienst gestellt wurde.

Dort wird er in den nächsten Jahren seine Arbeit verrichten und große Lasten heben, die auf der Mega-Baustelle bewegt werden müssen. Zu den Besonderheiten des leistungsstarken Krans – er ist einer der größten im FAIR-Baugewerk – gehören unter anderem hohe Tragfähigkeit und der Einsatz einer High-Performance-Technologie, sehr präzises Fahren und Ferndiagnose mit dem Crane-Control-System (CCS). Auch bei der Montage durch die Firma STRABAG BMTI gab es Besonderheiten. So wurden wegen der großen Stückgewichte sämtliche Komponenten des Oberkranes in Einzelteilen in der Luft montiert. Der gesamte Montageprozess dauerte sieben Stunden, was für einen so großen Turmdrehkran schnell ist. Das Gewicht des kompletten Turmdrehkrans liegt bei 155 Tonnen.

Die STRABAG BMTI GmbH & Co. KG ist als Service- und Dienstleistungsgesellschaft innerhalb des STRABAG-Konzerns für die Disposition, Beschaffung, Vermietung sowie Instandhaltung aller Baumaschinen und Fahrzeuge zuständig. Dabei werden Maschinen, Geräte-/Anlagentechnik und Fahrzeuge aus allen Tätigkeitsbereichen des Konzerns betreut.

Die Manitowoc Company Inc. wurde 1902 gegründet und ist ein Kranhersteller mit über 115 Produktions-, Vertriebs- und Serviceeinrichtungen in 26 Ländern. Das weltweit agierende Unternehmen ist Anbieter für Raupenkrane (Marke Manitowoc), Turmkrane (Potain), mobile Teleskop-Krane (Grove) und Lkw-Aufbaukrane (National Crane).

Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine große, weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionen. Bekannteste Ergebnisse sind die Entdeckung neuer chemischer Elemente sowie die Entwicklung einer neuen Krebstherapie. Zurzeit entsteht bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. Forschende aus aller Welt werden die Anlage für Experimente nutzen, um neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen, vom Urknall bis heute. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik. (BP)

Gleich morgens um 9 Uhr startete die Videokonferenz mit einer Begrüßung durch die organisierende Abteilung für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit und einem Grußwort von Dorothee Sommer, der Leiterin der Personalabteilung. „Die Gleichstellung aller Geschlechter ist uns hier bei GSI und FAIR ein großes Anliegen“, erläuterte Sommer. „Unser Ziel ist es, Mädchen für die Arbeit in Naturwissenschaft und Technik zu begeistern und sie dazu anzuregen, diese Tätigkeitsfelder in ihre Berufswahl mit einzubeziehen. Wir bieten Ausbildungsplätze und die Möglichkeit, Abschlussarbeiten für Bachelor, Master oder Promotion gemeinsam mit unseren Universitätspartnern bei uns durchzuführen. Über eine spätere Bewerbung oder Arbeitstätigkeit der Teilnehmerinnen bei uns würden wir uns sehr freuen!“

Weiter ging es mit einem Kennenlernspiel und einer Online-Besichtigung der Beschleunigeranlagen und Experimente von GSI sowie der Baustelle für das internationale Forschungszentrum FAIR. Ob Linearbeschleuniger, Tumortherapie, Erzeugung neuer Elemente oder HADES-Experiment – überall konnten die Mädchen über vorproduzierte Videos einen Blick in die Anlagen werfen. Die Errichtung von FAIR wurde über Einspieler von Magnettests, des FAIR-Baufelds und eines Drohnenflugs über die Baustelle vorgestellt.

Wie bei einer echten Wissenschaftskonferenz ging es danach in zwei unterschiedlichen Sessions ins Detail: Die Mädchen konnten aus zwei Themenblöcken auswählen, in denen Fachabteilungen ihre Arbeitsgebiete und Berufsbilder vorstellten. Darin stellten sich Forschungsabteilungen wie die Materialforschung und der Detektor ALICE vor, und viele der technischen Fachabteilungen auf dem Campus gaben Einblick in ihre Tätigkeiten: Die Teilnehmerinnen erfuhren, wie im Targetlabor die kleinen Zielscheiben für den Teilchenbeschleuniger hergestellt werden, wie man mithilfe von Kryotechnologie Eiseskälte herstellt und damit supraleitende Magnete betreiben kann, wie man durch Drehen, Fräsen und Bohren in der Mechanischen Werkstatt Bauteile herstellen kann oder wie die Verarbeitung riesiger Datenmengen im Rechenzentrum vonstatten geht. Zusätzlich gab es Infos darüber, wie eine Promotionsarbeit bei GSI/FAIR ablaufen kann. Und auch hier durfte ein Einblick in die FAIR-Baustelle und den Arbeitsalltag der Architekt*innen und Bauingenieur*innen nicht fehlen.

Die Teilnehmerinnen hatten bei jedem Beitrag die Gelegenheit, ihre Fragen an die Expert*innen zu stellen und machten davon regen Gebrauch: „Wie heißen die ganzen Berufsbereiche, die Sie so haben?“, „Wie viel verdienen Physiker ca. und wie lange haben Sie im Studium am Tag gelernt ?“, „Kann man mit dem Teilchenbeschleuniger auch eine Supernova erforschen?“ oder „Wieviel Teilchen werden so im Schnitt durch die Teilchenbeschleuniger geschickt?“ waren beispielsweise Fragen der interessierten Teilnehmerinnen. Dass es ein gelungener Tag war, zeigten Kommentare wie „Dankeschön für die tollen Vorstellungen, es war super toll!“ oder "Der Tag war cool, man hat viel gelernt und die Vorträge konnte man gut verstehen."

„Es war ein anderer Girls’Day, als wir ihn sonst aus den Präsenzveranstaltungen kennen. Aber es hat uns sehr viel Spaß gemacht!“ berichtete Physikerin und Organisatorin Carola Pomplun aus der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit von GSI/FAIR. „Über die große Resonanz auf unser Online-Angebot und natürlich die rege Teilnahme der Mädchen am Veranstaltungstag haben wir uns sehr gefreut. Die vielen Kolleg*innen aus den Fachabteilungen, die uns bei der Durchführung so tatkräftig unterstützt haben, konnten ihre Begeisterung für die Arbeit in Forschung und Technik vermitteln und haben faszinierende Einblicke in ihren Berufsalltag gegeben. Ich hoffe, damit konnten wir ein paar Mädchen zu einer Karriere in den MINT-Bereichen inspirieren.“

Der Girls’Day ist ein bundesweiter Aktionstag. Unternehmen, Hochschulen und andere Einrichtungen in ganz Deutschland öffnen an diesem Tag ihre Türen für Schülerinnen ab der 5. Klasse. Die Mädchen lernen dort Ausbildungsberufe und Studiengänge in IT, Handwerk, Naturwissenschaften und Technik kennen, in denen Frauen bisher eher selten tätig sind. GSI und – seit der Gründung – auch FAIR beteiligen sich bereits seit den Anfängen des Girls’Days an der jährlichen Veranstaltung. (CP)

Weitere Informationen

• Offizielle Webseite des Mädchen-Zukunftstags "Girls'Day"

Nach einem Einführungsvortrag geht es mit einer geführten Videotour zu mehreren Forschungsstätten und Anlagen auf dem Campus: Unter anderem können die Teilnehmenden auf diese Weise den 120 Meter langen Linearbeschleuniger UNILAC oder auch den Hauptkontrollraum online besichtigen und viel Neues über die einzigartige Forschung bei GSI und FAIR erfahren. Außerdem gibt es Wissenswertes über den Bau von Komponenten für das zukünftige internationale Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht.

Detaillierte Informationen über technische Voraussetzungen und Zugangsmodalitäten, um an der digitalen Entdeckungsreise in die Welt von GSI und FAIR teilnehmen zu können, gibt es unter www.gsi.de/besichtigung. Eine Anmeldung für die Veranstaltungstermine ist nicht nötig. Es können bis zu 500 Personen teilnehmen. Weitere Fragen zu dem Online-Veranstaltungsangebot können per E-Mail gestellt werden an besichtigung(at)gsi.de. (BP)

Weitere Informationen

Alle Details zum Online-Besichtigungsangebot

Nächster Termin: 08.04.2021, 14:00 Uhr

Weitere Termine: in Vorbereitung (werden hier veröffentlicht)

Maßgeblich verantwortlich für die Organisation der ALICE-Masterclasses bei GSI/FAIR ist Dr. Ralf Averbeck aus der Forschungsabteilung „ALICE“. „GSI ist schon von Anbeginn an der Entwicklung neuer Messinstrumente und am wissenschaftlichen Programm von ALICE beteiligt. Das GSI-Rechenzentrum ist ein fester Bestandteil des Computernetzwerks für die Datenauswertung des ALICE-Experiments. Die internationale ALICE-Masterclass, die wir nun schon zum zehnten Mal durchführen, passt daher gut ins Programm“, erläutert der Physiker. „In unserer Masterclass haben die Schüler*innen die Gelegenheit, einmal selbst zu Forschenden zu werden und echte Experimentdaten von ALICE auszuwerten, die in Kollisionen von Blei-Atomkernen aufgenommen wurden. Da die Analyse ohnehin am Computer stattfindet, konnten wir das Angebot auf eine virtuelle Durchführung umstellen und so auch während der Pandemie weiterführen.“

Wenn im LHC Blei-Atomkerne mit unvorstellbarer Wucht aufeinandertreffen, entstehen Bedingungen wie in den ersten Augenblicken des Universums. Bei den Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma – ein Materiezustand, wie er im Universum kurz nach dem Urknall vorlag. Dieses Plasma wandelt sich in Bruchteilen von Sekunden wieder in normale Materie um. Die dabei produzierten Teilchen geben Aufschluss über die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas. So können die Messungen in die Geburtsstunde des Kosmos blicken und Informationen über die Grundbausteine der Materie und ihre Wechselwirkung enthüllen.

Neben der gemeinsamen Datenauswertung an zwei aufeinander folgenden Nachmittagen gehörten auch einführende Vorträge in die Teilchenphysik und die computergestützte Datenanalyse sowie eine Live-Führung durch das ALICE-Experiment in Genf zum Program.

Die Masterclasses werden unter der Schirmherrschaft der IPPOG (International Particle Physics Outreach Group) organisiert, deren assoziiertes Mitglied GSI ist. Jedes Jahr kommen mehr als 13.000 Schüler aus 60 Ländern für einen Tag an eine der rund 225 nahe gelegenen Universitäten oder Forschungszentren, um die Geheimnisse der Teilchenphysik zu entschlüsseln. Viele der sonst üblichen Präsenzveranstaltungen wurden aufgrund der Corona-Pandemie übergangsweise in Online-Formate umgewandelt. Alle Veranstaltungen in Deutschland finden in Zusammenarbeit mit dem Netzwerk Teilchenwelt statt, zu dem auch GSI/FAIR gehört. Ziel des bundesweiten Netzwerks zur Vermittlung von Teilchenphysik an Jugendliche und Lehrkräfte ist es, die Teilchenphysik einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen. (CP)

Weitere Informationen:

• Webseite der IPPOG-Masterclasses (Englisch)
• Webseite des Netzwerks Teilchenwelt (German)

Mithilfe von RoSEN (Robust (hyper)Surface Extraction Prodecures in N Dimensions, dt. Robuste Hyperflächenextraktionsprozedur in N Dimensionen) können Datensätze beliebiger Dimension auf gleichartige Datenmerkmale hin untersucht werden. Die entstehenden Hyperflächen gleicher Merkmalsausprägungen können identifiziert, visualisiert und beschrieben werden, so dass mit Hilfe der Ergebnisse eine digitale Weiterverarbeitung, sei es im algebraischen, numerischen oder im grafischen Sinne, möglich wird. Das Verfahren wurde ursprünglich zur Auswertung von Versuchsdaten und zur Simulation von komplexen physikalischen Phänomenen der Schwerionenphysik, wie sie in den Beschleunigerexperimenten bei GSI/FAIR auftreten, entwickelt.

„Gegenüber anderen Methoden haben die RoSEN-Verfahren nachweislich viele Vorteile, wie eine wesentlich geringere Fehlerhäufigkeit, eine effizientere Berechnungsleistung oder die Allgemeingültigkeit, für Datensätze beliebiger Dimensionalität eingesetzt werden zu können“, erläutert der theoretische Physiker Dr. Bernd Schlei. Er entwickelt für die Abteilung „System Design SIS 18 / SIS 100“ Software und ist der Erfinder des RoSEN-Verfahrens. „Insbesondere die Effizienz und die unbegrenzte Einsatzbandbreite sind Eigenschaften, die in bereits existierenden digitalen Werkzeugen zu signifikanten Prozessinnovationen und in potentiellen zukünftigen Anwendungsbereichen in Form von neuen digitalen Werkzeugen als Produktinnovationen genutzt werden könnten.“

In einer Machbarkeitsstudie für eine zukünftige wirtschaftliche Nutzung in vier bis fünf technisch-wirtschaftlich relevanten Anwendungsfeldern sollen sowohl potentielle Prozess- und Produktinnovationen frühzeitig identifiziert, als auch der Grundstein für ein anschließendes Technologietransfervorhaben gelegt werden. Die Anwendungsszenarien sollen in Partnerschaften mit teilweise bereits vorausgewählten Kooperationspartnern erprobt werden. „RoSEN ist ein gutes Beispiel dafür, dass aus der Grundlagenforschung stammende Erkenntnisse auch für Anwendungen nutzbar sind, die der gesamten Gesellschaft zugutekommen können“, lobt Dr. Tobias Engert, Leiter des Technologietransfers bei GSI/FAIR, das Verfahren. „Wir sind an weiteren Kooperationspartnern, insbesondere aus den Bereichen der Medizintechnik, der Pharmakologie und der Betriebswirtschaft, für die Testphase interessiert.“

Als Türöffner zu möglichen Anwendern und zur Koordination der Machbarkeitsstudie hat GSI die Firma TREAVES Research & Consult GmbH beauftragt. Treaves ist selbst eine Ausgründung von Absolvent*innen der Hochschule und der Technischen Universität Darmstadt und agiert als Dienstleister für angewandte Naturwissenschaften. Besonders im Bereich der Digitalisierung konnte das Unternehmen bereits umfassend Erfahrungen mit der Durchführung von geförderten Projekten sammeln und bringt vielfältige Kontakte aus der Industrie ein.

Die Projektkosten von rund 91.000 Euro werden zur Hälfte von GSI/FAIR getragen und zur anderen Hälfte über die Distr@l-Förderung des Hessischen Ministeriums für Digitale Strategie und Entwicklung finanziert. Das Förderprogramm Distr@l bietet in den Bereichen digitaler Innovationen sowie Forschung und Entwicklung ein bedarfsgerechtes Förderprogramm.

Die derzeit geplanten Anwendungsfelder, mit denen sich die RoSEN-Machbarkeitsstudie beschäftigen soll, sind zum einen die numerische Simulation technisch relevanter, fluid-und strukturdynamischer Probleme, wie die Simulation von Energiespeichersystemen für die regenerative Energieversorgung, zum anderen auch die pharmakokinetische Populationsmodellierung, die eine große Rolle in der Wirkstoffentwicklung spielt und beispielsweise auch im Rahmen der aktuellen Covid-19-Pandemie zum Einsatz kommt. Aus Sicht von Dr. Arthur Rudek, dem Gründer und Geschäftsführer der Treaves GmbH, könnten weitere Anwendungen in der industriellen Photogrammetrie, der betriebswirtschaftlichen Unternehmenssteuerung oder, ganz allgemein und branchenübergreifend, in der effizienzverbesserten Durchführung von Optimierungsstudien mit großen Datengrundgesamtheiten liegen.

Mit Hilfe der Photogrammetrie werden beispielsweise technische Anlagen und Gebäude zur computergestützten Prozess-oder Fehleranalyse digitalisiert. Auch in der Medizintechnik spielt die Bilddatenverarbeitung eine wichtige Rolle, etwa in der zeitabhängigen Verarbeitung drei-bis vierdimensionaler CT-, MRT-oder Röntgenaufnahmen, bei der Diagnose von Krankheiten oder Verletzungen oder auch im Rahmen der Covid-19-Pandemie, beispielsweise zur Untersuchung der Spätfolgen beeinträchtigter Lungen. Im Rahmen einer Nutzung für die betriebswirtschaftliche Unternehmenssteuerung sollen multivariante Parameterräume betriebswirtschaftlicher Kennzahlen zur Bewertung der Wirtschaftsleistung einzelner Unternehmensteile herangezogen werden, damit effizientere betriebswirtschaftliche Prozesse und eine erhöhte Rentabilität möglich werden. (CP)

Gleichzeitig schreitet die Errichtung von FAIR sowohl auf dem Baufeld als auch bei der Produktion von Komponenten für Beschleuniger und Experimente voran. In drei Interviews stellen wir Menschen vor, deren Geschichten stellvertretend für all unsere engagierten Mitarbeitenden und Forschenden stehen. Auch unser Veranstaltungsangebot an die Öffentlichkeit konnten wir durch den Umstieg auf Online-Formate aufrechterhalten und auf neue Zielgruppen erweitern. (CP)

Download von "target" – Ausgabe 19, März 2021 (PDF, 20 MB)

Weitere Informationen:

• Abonnement und Archiv

Der Technische Geschäftsführer von FAIR und GSI, Jörg Blaurock, und der Administrative Geschäftsführer von FAIR und GSI, Ulrich Breuer, begrüßten die Industry Liaison Officers. Der Technische Geschäftsführer eröffnete das Treffen, präsentierte den aktuellen FAIR-Projektstatus, den Fortschritt der Bauarbeiten und informierte die ILOs über die wesentlichen Fortschritte bei der Projektausführung. Das Treffen wurde mit Informationen über das Mandat des FAIR-Councils und die Zielsetzungen des ILO-Treffens fortgesetzt, die von David Urner, Leiter der GSI/FAIR-In-Kind-Abteilung, vorgestellt wurden. Anna Hall, Direktorin von Big Science Sweden, moderierte eine lebhafte Diskussion unter den ILOs.

Ein Update zu den Beschaffungsrichtlinien und -optionen bei FAIR gab Michèle Spatar, Abteilungsleiterin Einkauf und Materialwirtschaft, eine Präsentation zu bevorstehenden Ausschreibungen für FAIR wurde von David Urner, Leiter In-Kind, abgehalten. Auf diese Präsentationen folgte eine moderierte Sitzung mit Fragen und Antworten, in der alle ILOs Fragen mit der Abteilungsleiterin Einkauf und Materialwirtschaft und dem Leiter der In-Kind-Abteilung klären konnten. Die Vertreterin der schwedischen ILO von Big Science Sweden, Frida Tibblin-Citron, und der britische ILO von UKRI-STFC, Carol Watts, stellten ihre Arbeitsbereiche vor und lieferten nützliche Ressourcen und Einblicke, wie die ILOs in ihrem Land organisiert sind. Die ILOs wurden über andere ILO-zentrierte Plattformen und Veranstaltungen in absehbarer Zukunft informiert, um engere Beziehungen zwischen den ILOs von FAIR und anderen wissenschaftlichen Einrichtungen in der Beschaffungsphase zu generieren.

Die ILOs vereinbarten, halbjährliche Sitzungen abzuhalten, um sich auf dem aktuellen Stand zu halten. Das Hauptziel der halbjährlichen Treffen ist, den ILOs Informationen zur Verfügung zu stellen, um weitere Gespräche mit der Industrie und Partnern in ihren jeweiligen Ländern über Kooperationsmöglichkeiten bei FAIR zu fördern. Die ILOs treffen sich wieder am 17. September 2021 in Darmstadt.

Mehr Informationen

Aktuelles Drohnenvideo zur FAIR-Baustelle

Informationen über FAIR/GSI-Einkauf und Materialwirtschaft

In-Kind und Procurement / ILO-Informationen aus den Partnerländern

Ein internationales Forscherteam, darunter Professorin Dr. Almudena Arcones vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und der TU Darmstadt und Dr. Marius Eichler, untersuchte die Entstehung unseres Sonnensystems vor 4,6 Milliarden Jahren und gewann dabei neue Erkenntnisse über den kosmischen Ursprung der schwersten Elemente im Periodensystem. Die Ergebnisse sind nun in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht worden.

Die Frage, bei welchen astronomischen Ereignissen der schnelle Neutroneneinfangsprozess, kurz r-Prozess, stattfinden kann, der die schwersten Elemente im Universum wie Jod, Gold, Platin, Uran, Plutonium und Curium erzeugt, ist seit Jahrzehnten unbeantwortet. Derzeit geht man davon aus, dass der r-Prozess bei Kollisionen zwischen zwei Neutronensternen, einem Neutronenstern und einem Schwarzen Loch oder bei seltenen Supernova-Explosionen nach dem Tod massereicher Sterne ablaufen kann.

Einige der durch den r-Prozess erzeugten Kerne sind radioaktiv und brauchen Millionen von Jahren, um in stabile Kerne zu zerfallen. Jod-129 und Curium-247 sind zwei solche radioaktive Kerne. Sie wurden bei der Entstehung der Sonne in Meteoriten festgehalten und haben eine erstaunliche Besonderheit: Sie zerfallen mit fast genau der gleichen Geschwindigkeit. Das bedeutet, dass sich das Verhältnis von Jod-129 zu Curium-247 seit ihrer Entstehung vor Milliarden von Jahren nicht verändert hat. „Da das Verhältnis von Jod-129 zu Curium-247 wie ein prähistorisches Fossil in der Zeit eingefroren ist, können wir einen direkten Blick auf die letzte Welle der Produktion schwerer Elemente werfen, die die Zusammensetzung des Sonnensystems aufbaute“, sagt Benoit Côté, der Erstautor der Studie.

Das Team berechnete das Verhältnis von Jod-129 zu Curium-247, das bei Kollisionen zwischen Neutronensternen und Schwarzen Löchern entsteht, und verglich ihre Modellvorhersagen mit den in Meteoriten gefundenen Werten. Die Forschenden kamen zu dem Schluss, dass die Anzahl der Neutronen während des letzten r-Prozess-Ereignisses, das der Geburt des Sonnensystems vorausging, nicht zu hoch sein kann, da sonst zu viel Curium im Verhältnis zu Jod erzeugt wird. Dies impliziert, dass sehr neutronenreiche Quellen, wie zum Beispiel das Material, das während einer Kollision von der Oberfläche eines Neutronensterns abgerissen wurde, wahrscheinlich keine wichtige Rolle gespielt haben, während mäßig neutronenreiche Bedingungen, die oft in den Auswürfen der Akkretionsscheibe gefunden werden, die sich um das Verschmelzungsereignis bilden, eher mit dem meteoritischen Wert übereinstimmen.

Da Nukleosynthese-Vorhersagen auf unsicheren nuklearen und stellaren Eigenschaften beruhen, steht die endgültige Antwort darauf, welches astronomische Objekt die genaue Quelle war, noch nicht fest. „Die Möglichkeit, durch das Verhältnis von Jod-129 zu Curium-247 einen direkteren Blick auf die fundamentale Natur der Nukleosynthese schwerer Elemente zu werfen, ist jedoch eine spannende Aussicht“, sagt Dr. Marius Eichler, der ebenfalls Teil des untersuchenden Teams und Postdoc in der Gruppe von Professorin Dr. Almudena Arcones war.

Auf diese Arbeit aufbauend, können zukünftige astrophysikalische Simulationen von Sternverschmelzungen und Sternexplosionen in Kombination mit Kernphysikexperimenten, wie sie bei GSI und dem dort entstehenden internationalen Beschleunigerzentrum FAIR geplant sind, nun auch an meteoritischen Bedingungen getestet werden, um die Quelle der schwersten Elemente des Sonnensystems zu entschlüsseln.

Die Forschungsarbeit von Dr. Marius Eichler und Professorin Almudena Arcones wurde teilweise durch den ERC Starting Grant EUROPIUM und den DFG-Sonderforschungsbereich 1245 unterstützt. (TUD/BP)

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Wissenschaftliche Veröffentlichung im Fachmagazin Science (Englisch)

Der FAIR-GENCO Young Scientist Award ging an Dr. Ruben de Groote, der im Jahr 2017 an der Universität in Löwen, Belgien, promoviert hat und derzeit in Jyväskylä, Finnland, auf dem Gebiet der Laserspektroskopie an exotischen Atomkernen forscht. Der Nachwuchspreis wird von der FAIR-GSI Exotic Nuclei Community jedes Jahr an herausragende Nachwuchsforschende vergeben, die auf dem Feld der experimentellen oder theoretischen Kernphysik oder –chemie arbeiten. Die Preisträger*innen werden von einer internationalen Jury ausgewählt. Der Preis ist mit 1.000 Euro dotiert und wird im Rahmen der NUSTAR-Jahrestagung verliehen.

Mit dem Membership Award zeichnete die GENCO Community folgende neue Mitglieder aus:

• Dr. Anu Kankainen (Universität Jyväskylä) für die Erforschung exotischer Atomkerne mittels Massenspektrometrie und deren Anwendungen in der Nuklearen Astrophysik zum besseren Verständnis der stellaren und explosiven Nukleosynthese.
• Dr. Takehiko Saito (RIKEN und GSI) für seine bahnbrechenden Entwicklungen zur Produktion und Erforschung von Hyperkernen in Schwerionenreaktionen sowie die Entdeckung von elektrisch neutralen Kernen.
• Prof. Dr. Achim Schwenk (TU Darmstadt) für seine herausragenden theoretischen Arbeiten auf dem Gebiet der Kernphysik und seine ausgezeichneten Beiträge auch zu experimentellen Arbeiten sowie als treibende Kraft vieler neuer Entwicklungen bei GSI.
• Dr. Kathrin Wimmer (IEM-CSIC Madrid) für ihre bemerkenswerten Ergebnisse zur Untersuchung der Schalenstruktur von instabilen Atomkernen fernab des Stabilitätstals und neue methodische Entwicklungen für Experimente zur Strukturuntersuchung sehr kurzlebiger Atomkerne am Super-FRS bei FAIR. (CP)

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• GENCO-Webseite

Dr. Kathrin Wimmer vom Institut für Struktur der Materie (IEM-CSIC) koordiniert das Projekt LISA (Lifetime measurements with Solid Active targets), das seltene Atomkerne mit innovativen Detektoren und hochauflösender Gammastrahlenspektroskopie messen will. Für den praktischen Forschungsteil wird sie im Rahmen ihres gerade verliehenen „ERC Consolidator Grants“ auch die GSI-/FAIR-Einrichtungen nutzen.

Ziel des LISA-Projekts ist die Entwicklung einer neuartigen Methode zur Lebensdauermessung in Atomkernen. Lebensdauern beschreiben die Kollektivität eines Kerns anhand seiner elektromagnetischen Übergangseigenschaften. Der experimentelle Ansatz basiert auf einem aktiven Target unter Verwendung neuartiger Diamantdetektoren und wird die Möglichkeiten für Messungen in exotischen Kernen dramatisch verbessern. In Verbindung mit dem hochmodernen Gammastrahlen-Tracking-Detektor AGATA wird LISA die gegenwärtigen Herausforderungen von Lebensdauermessungen mit Strahlen instabiler Kerne geringer Intensität erfüllen.

LISA wird die einzigartigen Fähigkeiten des bei GSI entstehenden Beschleunigerzentrums FAIR nutzen. Die zukünftige Fragmentierungsanlage soll die exotischsten und intensivsten radioaktiven Ionenstrahlen liefern. LISA wird das Kernstrukturprogramm von HISPEC, einem herausragenden Projekt innerhalb der NUSTAR-Wissenschaftssäule bei FAIR, erheblich erweitern. Die Ergebnisse werden einen signifikanten Einfluss auf die theoretische Beschreibung und die Modellierung von Atomkernen haben, wodurch ihre Vorhersagen zuverlässiger werden. Die Preisträgerin Dr. Kathrin Wimmer, gegenwärtig am CSIC in Madrid tätig, und Dr. Jürgen Gerl, NUSTAR-Koordinator und Leiter der Kernstrukturabteilung der GSI, freuen sich sehr auf die gemeinsame Arbeit an dem spannenden LISA-Projekt bei GSI.

Professor Evgeny Epelbaum ist über sein mit einem „ERC Advanced Grant“ gefördertes Projekt „Nuclear Theory from First Principles“ thematisch eng mit GSI/FAIR verbunden. In dem Projekt will der Inhaber des Lehrstuhls für Theoretische Physik der Ruhr-Universität Bochum (RUB) mit theoretischen Methoden die Kräfte beschreiben, die zwischen drei Kernteilchen wirken.

Paarweise Wechselwirkungen zwischen zwei Nukleonen sind bereits relativ gut verstanden. Somit können Physiker beschreiben, was im Inneren des einfachsten Atomkerns – bestehend aus zwei Nukleonen – vor sich geht. Ganz anders sieht es aus, wenn man kompliziertere Atomkerne bestehend aus drei oder mehr Nukleonen betrachtet. Hier geben die Wechselwirkungen bislang Rätsel auf. An dieser Stelle setzt das Forschungsprojekt von Evgeny Epelbaum an. Er will mit seinem Team die Kräfte beschreiben, die in einem System aus drei und mehr Nukleonen wirken. Dazu nutzen die Wissenschaftler*innen einen theoretischen Zugang, der als effektive Feldtheorie bekannt ist und in der Teilchenphysik eine breite Anwendung findet. Mit diesem Ansatz hat die Bochumer Gruppe in der Vergangenheit bereits präzise die Wechselwirkungen zwischen zwei Nukleonen beschrieben. Nun wollen sie den Ansatz auf Drei-Teilchen-Kräfte übertragen.

Mithilfe der im Rahmen des ERC Grants entwickelten Theorie will das Team außerdem die vorhandenen experimentellen Daten für das Drei-Nukleonen-System analysieren. Experimente zum Verständnis von Mehr-Nukleonen-Systemen sind wesentlicher Bestandteil des FAIR-Forschungsprogramms im Bereich Kernstruktur. Ziel des Teams ist es, die Diskrepanzen zwischen Theorie und Experiment aufzulösen. Des Weiteren sind numerische Simulationen für komplexere nukleare Systeme geplant, die aus noch mehr Teilchen bestehen, um Zusammenhänge zwischen den Kernkräften und ihre Eigenschaften zu ergründen. Solche Simulationen erlauben auch Einblicke in Bereiche, die keiner experimentellen Untersuchung zugänglich sind. So lässt sich beispielsweise erforschen, wie die Eigenschaften von Atomkernen oder Prozesse in den Sternen von Naturkonstanten – wie der Masse der Quarks – abhängen.

Ein weiteres Beispiel aus dem Jahr 2020 für herausragende, mit einem ERC-Grant gewürdigte Forschende ist auch Professorin Beatriz Jurado vom Centre Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan (CENBG), die zeitgleich mit den GSI-Physikern Professor Marco Durante und Professor Gabriel Martínez-Pinedo einen „ERC Advanced Grant“ erhalten hatte, und ebenfalls die Forschungseinrichtungen von GSI/FAIR für die Umsetzung des experimentellen Teils ihres ERC-Grant-Projektes nutzen wird. Ziel ihres Projekts mit dem Titel „Nuclear rEaCTions At storage Rings (NECTAR)“ ist die Entwicklung einer neuen Methodik zur indirekten Bestimmung von neutroneninduzierten Querschnitten instabiler Kerne. Diese Querschnitte sind wesentlich für die nukleare Astrophysik. Das Projekt von Beatriz Jurado soll in seinem experimentellen Teil ebenfalls an der Beschleunigeranlage auf dem GSI/FAIR-Campus im Rahmen von FAIR-Phase 0 umgesetzt werden, genutzt werden die Speicherringe ESR und CRYRING.

Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, zeigte sich begeistert, dass zusätzlich zu den eigenen Wissenschaftler*innen gleich mehrere von der EU ausgezeichnete Forschende mit GSI/FAIR eng verbunden sind: „Ich freue mich, dass die Forschungs-Community ihr Interesse an den GSI-/FAIR-Forschungsanlagen und der hier betriebenen Wissenschaft zeigt und dass der erstklassige Stellenwert dieser Themen von den ERC-Grant-Gremien anerkannt wird.“ (BP)