Der Ellen-Gleditsch-Preis wird an Wissenschaftler*innen verliehen, die einen herausragenden Beitrag auf dem Gebiet der Strahlenforschung beziehungsweise der Radioaktivität geleistet haben. Die Auszeichnung, die aus einer Bronzestatue von Ellen Gleditsch sowie einer Urkunde besteht, würdigt Professor Durante für seine wichtigen Arbeiten auf dem Gebiet der Biophysik und der Anwendung von Partikeltherapien in der Krebsforschung. Marco Durante, der auch einen Vortrag in der Akademie in Oslo hielt, zeigte sich sehr geehrt, den Preis in Erinnerung an Ellen Gleditsch zu erhalten.

Ellen Gleditsch war eine norwegische Chemikerin und eines der ersten weiblichen Mitglieder der Norwegischen Akademie der Wissenschaften. Als Schülerin und Kollegin von Marie Curie trug sie entscheidend zur Entwicklung der Radioaktivitätsforschung in Norwegen bei. Der Preis ist nach ihr benannt, um das Vermächtnis dieser Pionierin zu ehren. Marco Durante ist der erste Preisträger dieses innovativen Preises.

Im Rahmen der Preisverleihung hielt er einen Vortrag in der Akademie in Oslo über die Fortschritte der Partikeltherapie und die Herausforderungen der interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Medizin, Onkologie und Biophysik, um das große Zukunftspotenzial der Tumortherapie mit geladenen Teilchen optimal zu entfalten. Sein Vortrag stieß auf großes Interesse und wurde von einer regen Fragerunde begleitet. In Norwegen werden derzeit zwei Protonentherapieanlagen gebaut, am Radiumhospitalet, dem Universitätskrankenhaus Oslo, und im Universitätskrankenhaus Haukeland in Bergen. Diese Anlagen mit einer Gesamtinvestition von mehreren Milliarden Norwegische Kronen sollen bald in Betrieb gehen.

Marco Durante ist weltweit anerkannter Experte auf dem Gebiet der Strahlenbiologie und der medizinischen Physik, vor allem für die Therapie mit Schwerionen und Strahlenschutz im Weltraum. Wichtige wissenschaftliche Fortschritte erreichte er auf dem Gebiet der Biodosimetrie von geladenen Teilchen, der Optimierung der Teilchentherapie und der Abschirmung von schweren Ionen im Weltraum. 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, dem 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, dem Failla-Preis der Radiation Research Society und dem Henry-Kaplan-Preis der Internationalen Gesellschaft zur Strahlenforschung IARR. Außerdem hat er zur Fortführung seiner Forschungsaktivitäten einen ERC Advanced Grant der Europäischen Union erhalten und ist Präsident der internationalen Organisation Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG), einer weltweiten Organisation von Forschenden und Anwendenden auf dem Gebiet der Strahlentherapie mit Protonen, leichten Ionen sowie schweren geladenen Teilchen. (BP)

Weiterführende Informatione

Die Veranstaltung auf dem YouTube-Kanal der Norwegischen Akademie der Wissenschaften:

Mehr über die Norwegische Akademie der Wssenschaften

Mehr zur Forschung von Professor Marco Durante und der GSI-Abteilung Biophysik

Wissenschaft zum Anfassen: Zahlreiche Besucher*innen aus Nah und Fern tummelten sich am vergangenen Samstag auf dem Roßmarkt, um mehr über Forschung aus Frankfurt und Umgebung zu erfahren. Die große Veranstaltung der „Frankfurt Alliance“ bot ein spannendem Bühnenprogramm und viele Aktionen. Auch GSI/FAIR gaben mit zwei Mitmach-Experimenten Einblick in die Funktion von Teilchenbeschleunigern und die wissenschaftliche Arbeit.

Auch das Wetter spielte mit: Das erste Science Festival der Anfang des Jahres neu gegründeten „Frankfurt Alliance“ lief erfolgreich mitten in der Innenstadt. Das Bündnis aus außeruniversitären Forschungsinstituten und Goethe-Universität hatte ein großes Fest auf die Beine gestellt, um die Stärke und Vielfalt der Forschung in der Wissenschaftsstadt Frankfurt am Main und in der Region Rhein-Mai sichtbar zu machen. Science Slams, musikalische Beiträge und Streitgespräche auf der Bühne, jede Menge Mitmachaktionen und zu Entdeckendes in den Zelten der beteiligten Institutionen: Das vielfältige Programm hielt für jeden etwas bereit. So konnten die kleinen und großen Besucher*innen ein riesiges Modell des menschlichen Herzens erkunden oder mit VR-Brillen in eine Zelle eintauchen, in offenen Ateliers experimentieren und malen oder Ideen für den Frieden einreichen.

Am Stand von GSI/FAIR konnten große und kleine Besucher*innen an zwei Mitmach-Experimenten erfahren, wie die Teilchen an den Beschleunigeranlagen auf Geschwindigkeit gebracht werden und wie man durch Fusion zweier chemischer Elemente ein neues Element herstellen kann. Bei GSI/FAIR wurden insgesamt sechs Elemente entdeckt, darunter Darmstadtium (benannt nach der Stadt Darmstadt) und Hassium (benannt nach dem Bundesland Hessen).

Dr. Bastian Bergerhoff, Stadtkämmerer und Personaldezernent der Stadt Frankfurt, sagte am Morgen in seiner Begrüßung: „Das Festival setzt ein starkes Zeichen für den Wissenschaftsstandort Frankfurt: Frankfurt ist eine Stadt der Wissenschaft. Der Roßmarkt wird zum Open-Air-Labor, Wissenschaft wird greifbar und lebendig und tritt heraus aus ihrem angeblichem Elfenbeinturm. Damit zeigen die Beteiligten, dass Wissenschaft auch ein Motor für Wirtschaft, Kultur und Stadtgesellschaft ist.“

Prof. Enrico Schleiff, Präsident der Goethe-Universität: „Frankfurt ist bekannt für seine lebendige Sport-, Kultur- und Museumslandschaft und die Rolle als Banken- und Rechenzentrumsmetropole – mit unserem ersten Wissenschaftsfestival zeigen wir, dass auch die Wissenschaft eine starke Säule der internationalen Reputation ist. Gerade die Stadt Frankfurt, welche für Offenheit, Vielfalt und Freiheit steht, ist ein idealer Ort für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt, das Rhein-Main-Gebiet ein großartiger Raum für Forschung mit internationaler Sichtbarkeit zu Themen von A wie Astrophysik bis Z wie Zusammenhalt in unserer Gesellschaft – im Schutze der Wissenschaftsfreiheit. Mit unserem Festival wenden wir uns als neu gegründetes Wissenschaftsnetzwerk bewusst an die Öffentlichkeit, um Interesse an der Wissenschaft zu wecken, aber auch Fragen zu dem Wie, Was und Warum in der Forschung zu beantworten. Unser Anliegen ist es, den Dialog zwischen Forschung und Gesellschaft zu stärken und wissenschaftliche Erkenntnisse in die Breite zu tragen – und Spaß machen soll das alles auch, für die ganze Familie!“

Apl. Prof.in Dr. Zoe Waibler, Vizepräsidentin des Paul-Ehrlich Instituts (PEI) / Goethe-Universität – Fachbereich Biowissenschaften: „Wissenschaft ist Teil unserer DNA. Wir am Paul-Ehrlich-Institut setzen sie täglich ein, um die Sicherheit, Wirksamkeit und Verfügbarkeit von Impfstoffen und biomedizinischen Arzneimitteln zu gewährleisten. Wissenschaft treibt den Fortschritt voran, der unser tägliches Leben auf vielfältige Weise beeinflusst – sei es durch Impfstoffe, die unsere Gesundheit schützen, oder durch die Regulierung von Blutprodukten, auf deren Sicherheit sich Patientinnen und Patienten verlassen können. Auf dem Frankfurter Wissenschaftsfestival möchten wir unsere Begeisterung für die Wissenschaft und ihren unmittelbaren Nutzen für die Gesundheit mit möglichst vielen Menschen teilen.“

Prof. Dr. Florian Heider, Leibniz-Institut für Finanzmarktforschung SAFE / Goethe-Universität – Fachbereich Wirtschaftswissenschaften: „Mit dem Science Festival schlagen wir als Frankfurt Alliance, gemeinsam mit dem HMWK und der Kassel-Stiftung, eine Brücke zwischen Wissenschaft, Praxis und Gesellschaft. Es ist großartig, diesen direkten Austausch zu erleben und gemeinsam das Verständnis für die vielfältige Forschung hier zu vertiefen. Gerade am Finanzstandort Frankfurt freuen wir uns als Leibniz-Institut für Finanzmarktforschung SAFE, den Menschen vor Ort zu zeigen, wie wichtig Finanzkompetenz für jeden Einzelnen ist und wie die Märkte funktionieren.“

Dr. Katharina Stummeyer, GSI/FAIR: „Das Wissenschaftsfestival der Frankfurt Alliance im Herzen der Stadt verkörpert die Kraft der interdisziplinären Zusammenarbeit, um gemeinsam nachhaltige Lösungen für die Zukunft zu entwickeln. GSI/FAIR als physikalisches Großforschungszentrum trägt dazu bei, die Grenzen des Wissens zu verschieben und technologische Innovationen zu ermöglichen, die weit über die Wissenschaft hinaus Wirkung zeigen. Dieses Festival bietet die einmalige Gelegenheit, unsere Forschung der Öffentlichkeit näherzubringen und den lebendigen Austausch zwischen Wissenschaft und Gesellschaft zu fördern.“ (JGU/CP)

Frankfurt Alliance

Die Frankfurt Alliance ist ein regionales Wissenschaftsnetzwerk, das sich derzeit im Aufbau befindet. Am 30. Januar 2024 unterzeichneten 16 Forschungseinrichtungen aus Frankfurt und Umgebung ein Memorandum of Understanding und stellten ihr Konzept vor. Ziel ist es, bestehende Kooperationen zu vertiefen, die Kräfte der Beteiligten zu bündeln und die internationale Wettbewerbsfähigkeit weiter zu stärken. Das Ziel dieses Netzwerks ist es, die strukturellen, personellen und politischen Rahmenbedingungen für Spitzenforschung in der Region Frankfurt Rhein-Main zu optimieren. Sie will zur Positionierung Frankfurts als exzellenter Wissenschaftsstandort und lebenswerte internationale Metropole beitragen. Folgende Institute sind Teil der Frankfurt Alliance:

• DIPF - Leibniz-Institut für Bildungsforschung und Bildungsinformation,
• Leibniz-Institut für Finanzmarktforschung SAFE,
• Leibniz-Institut für Friedens- und Konfliktforschung (PIRF),
• Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung (SGN),
• GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung,
• Deutsches Konsortium für Translationale Krebsforschung – Standort Frankfurt (DKTK),
• Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie (ITMP),
• Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie (SIT),
• Max-Planck-Institut für Biophysik (MPI-BP),
• Max-Planck-Institut für empirische Ästhetik (MPI-AE),
• Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung (MPI-HL),
• Max-Planck-Institut für Hirnforschung (MPI-Hirn),
• Max-Planck-Institut für Rechtsgeschichte und Rechtstheorie (MPI-LHLT),
• Ernst Strüngmann Institut (ESI),
• Paul-Ehrlich-Institut (PEI)
• Goethe-Universität (GU).

Weitere Informationen

• Pressemitteilung der Goethe-Universität Frankfurt
• Webseite des Science Festivals

Das Summer Student Program bietet jährlich einen Einblick in die Forschung bei GSI und FAIR. „Jede einzelne Person und jede Erfahrung hat meine höchsten Erwartungen übertroffen, vielen Dank an alle“, sagt Jacopo Lancione von der Universität Turin bei der Abschlussveranstaltung.

Alle Sommerstudierenden arbeiteten in einer Forschungsgruppe an einem eigenen wissenschaftlichen oder technischen Projekt, das Teil des laufenden Forschungsbetriebs war. Die Themenbereiche reichten von der Atomphysik über die Biophysik bis hin zur Kern- und Astrophysik. Im Fokus standen dabei die Entwicklung und Tests technischer und experimenteller Komponenten für die FAIR-Beschleunigeranlage, die derzeit bei GSI errichtet wird, sowie deren zukünftige Experimente. „Nie hätte ich gedacht, dass das Verlassen meiner Komfortzone zu einer meiner prägendsten Erinnerungen führen würde“, sagt Chiara Masia von der Universität Pisa.

Viele der internationalen Studierenden kehren nach dem Summer Student Program für ihre Master- oder Doktorarbeit zu GSI und FAIR nach Darmstadt zurück. Bereits zum 42. Mal fand das Summer Student Program statt, das in Zusammenarbeit mit der Graduiertenschule HGS-HIRe organisiert wird. Neben wissenschaftlichen Veranstaltungen wurden auch eine Stadtrallye, Sportangebote des GSI-Betriebssports und selbstorganisierte Unternehmungen in der Region angeboten. Begleitende Vorlesungen vermittelten einen Überblick über das breite Forschungsspektrum von GSI und FAIR sowie die erzielten wissenschaftlichen Ergebnisse. (LW)

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Fotowettbewerb der Summer Students

Mit dem Preis werden herausragende experimentelle Arbeiten von Dr. Dickopf gewürdigt, die sich auf die hochpräzise Bestimmung des Kernmoments von Beryllium-9 und die Nullfeldaufspaltung seiner Hyperfeinstruktur konzentrieren. Die erzielte Genauigkeit übertrifft frühere Messungen um bis zu zwei Größenordnungen, was Beryllium-9 zu einer hervorragenden Referenzprobe für andere Kernmomentmessungen macht. 

Der SPARC PhD Award wird 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)

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• SPARC-Kollaboration

Sie wurden durch die Leitung von GSI und FAIR begrüßt: Forschungsdirektorin Dr. Yvonne Leifels, Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer, und Dr. Katharina Stummeyer, Administrative Geschäftsführerin, sowie Dr. Inti Lehmann, Leiter der Forschungskoordination, und Pressesprecher Dr. Ingo Peter. Nach einem einführenden Vortrag zu Forschungszielen, Campusentwicklung und dem FAIR-Bauprojekt folgte ein Rundgang, der auf das FAIR-Baufeld, zum Teststand für supraleitende Magnete für den FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 sowie an den Großdetektor HADES führte.

Auf der Baustelle besuchte die Gruppe das zentrale Bauwerk für die Strahlführung und ‑verteilung (Kreuzungsbauwerk) sowie die Bereiche für die FAIR-Ausbaustufe First Science Plus: den Super-Fragmentseparator (Super-FRS) und die Experimentierbereiche für die zukünftigen Experimentsäulen NUSTAR und CBM. (CP)

Auf dem Roßmarkt lädt das neue Wissenschaftsnetzwerk mit einem Science Festival zum Staunen, Fragen, Diskutieren und Mitmachen ein.

Im Januar 2024 haben sich 16 Frankfurter Forschungseinrichtungen zur „Frankfurt Alliance“ zusammengeschlossen. Um die Stärke und Vielfalt der Forschung in der Wissenschaftsstadt Frankfurt am Main und der Region Rhein-Main und ihre Bedeutung für die Gesellschaft im Herzen der Mainmetropole sichtbar zu machen, lädt das Bündnis aus außeruniversitären Forschungsinstituten und Goethe-Universität zum großen „Science Festival“ ein, das am Samstag, 28. September, von 10 bis 19 Uhr auf dem Roßmarkt in der Frankfurter Innenstadt stattfindet.

In vielen Zelten und auf einer Bühne wird bei diesem bunten Familienfest Wissenschaft hautnah erlebbar. Das vielfältige Programm reicht von Science Slams über Streitgespräche zu aktuellen gesellschaftspolitischen Themen und Mitmach-Aktionen bis hin zu Kurzvorträgen und musikalischen Auftritten. Forschende aus verschiedenen Fachbereichen der Goethe-Universität und die forschungsstarken Institute der Max-Planck-Gesellschaft, der Leibniz-Gemeinschaft, der Fraunhofer-Gesellschaft, der Helmholtz-Gemeinschaft sowie das Paul-Ehrlich-Institut und das Deutsche Konsortium für Translationale Krebsforschung geben Einblicke in ihre Forschung und stehen für Fragen und Gespräche bereit.

Den Auftakt auf der Bühne bildet eine Podiumsdiskussion zum Thema (Bildungs-) Gerechtigkeit unter Beteiligung des DIPF | Leibniz-Instituts für Bildungsforschung und Bildungsinformation. Dabei geht es um den Zusammenhang zwischen Bildungschancen und sozialer Herkunft, um soziale Mobilität und die Bedeutung von Politik und Forschung in Entscheidungsprozessen. Ein großes KI-Quiz in Form eines Prompt Battles, ein Talk und Comedyeinlagen der beiden schrägen „Professoren“ Dr. KNOW und Dr. HOW stehen ebenfalls auf dem Programm. Gemeinsam mit Biologinnen und Biologen und ausgestattet mit einer Lupe kann man den Roßmarkt erkunden und so erforschen, was da zwischen Pflasterfugen und Mauerritzen wächst. Den Abschluss bildet eine Rap-Performance von Coodiny alias Nikita Kudakov und seiner Live-Band. Nikita Kudakov macht seit seiner Jugend Musik und erforscht mittlerweile als Doktorand am Max-Planck-Institut für empirische Ästhetik die Interaktion von Rappern mit dem Publikum. Das Bühnenprogramm moderiert Stephan Hübner von hr-Info, dem Medienpartner des Festivals.

Parallel dazu geben die Institutionen in jeweils einem Pagodenzelt Einblicke in ihre Forschungsaktivitäten. Um einige Beispiele zu nennen: Anhand eines begehbaren Modells des menschlichen Herzens zeigen Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung und Goethe-Universität in einem gemeinsamen Zelt ein zentrales Forschungsobjekt des Exzellenzclusters Cardiopulmonary Institute (CPI), das den Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems gewidmet ist. Direkt nebenan blüht es bunt: Im Zelt der Goethe-Uni gibt es offene Ateliers zum Experimentieren, Malen und Knobeln, außerdem stellen Geistes-, Sozial- und Naturwissenschaftlerinnen und ‑wissenschaftler in der Reihe „Herzstück meiner Forschung“ ihr ganz persönliches Lieblingsthema vor. Im Zelt der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung kann man auf einer Reise um die Welt Kamerafallen aus Bolivien und Südafrika auswerten. Das Leibniz-Institut für Friedens- und Konfliktforschung sammelt Frankfurter Ideen für den Frieden. Unter dem Titel „Tauche ein in die Zelle“ hält das Max-Planck-Institut für Biophysik VR-Brillen bereit, mit denen man die Bausteine des Lebens von innen erleben kann. Und zwei Mitmach-Experimente des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung zeigen die Funktion von Teilchenbeschleunigern.

Das Festival lädt Jung und Alt ein, neugierig zu sein, mitzureden, Fragen zu stellen und mehr über Wissenschaft zu erfahren. Für das leibliche Wohl sorgen Food Trucks mit Spezialitäten aus der Region. Liegestühle und zahlreiche Sitzgelegenheiten laden zum Innehalten ein. Das Festival startet um 10 Uhr und endet um 19 Uhr. Der Eintritt ist frei. (CP)

Weitere Informationen

• Programm und weitere Infos zum Science Festival
• Pressemitteilung der Goethe-Universität Frankfurt

Ausgerichtet werden die „Tage der Industriekultur“ jährlich von der KulturRegion FrankfurtRheinMain gGmbH, einem Zusammenschluss aus über 50 Städten und Gemeinden, Landkreisen und dem Regionalverband mit dem Ziel, die vielfältige lokale und regionale Kultur zu vernetzen und die interkommunale Zusammenarbeit zu fördern. Gemeinsam mit ihren Mitgliedern präsentiert die gemeinnützige Gesellschaft Projekte und setzt mit den „Tagen der Industriekultur“ Impulse zu wechselnden Themen, um Orte der Industriekultur erlebbar zu machen. GSI und FAIR beteiligten sich auch in diesem Jahr, sowohl als Gastgeber der Auftaktveranstaltung als auch mit einem Besichtigungsangebot für interessierte Bürger*innen.

Die Veranstaltungstage standen 2024 unter dem Thema „Voller Energie“. Ein Fokus, der besonders gut zu GSI/FAIR passt: Auch die Teilchen, die mit annähernd Lichtgeschwindigkeit durch die Beschleunigeranlagen rasen, sind sehr energiegeladen. KulturRegion-Geschäftsführerin Dr. Jennifer John betonte bei der Auftaktveranstaltung: „GSI spiegelt unser Fokusthema ganz hervorragend wider.“ Bei der Veranstaltung auf dem GSI/FAIR-Campus nahmen Vertreter*innen der einzelnen Besuchsorte bei den „Tagen der Industriekultur“, der Facharbeitskreis zur „Route der Industriekultur“, sowie Bürgermeister*innen, Landrät*innen und Kulturverantwortliche aus den Gesellschafterkommunen teil. Sie wurden von Jörg Blaurock, dem Technischen Geschäftsführer von GSI und FAIR, empfangen, der das aktuelle Thema „Voller Energie“ in seiner Begrüßung aufgriff: „Wir bewegen auf dem Campus nicht nur Teilchen mit höchsten Energien, sondern alle Mitarbeiter realisieren mit voller Energie und Spirit tatkräftig den integrierten Campus FAIR/GSI.“ Anschließend hatten die Gäste Gelegenheit, sich bei einer Besichtigung über die laufenden wissenschaftlichen Aktivitäten bei GSI und die Fortschritte beim Beschleunigerzentrum FAIR zu informieren.

Auch weiteren 50 interessierten Bürger*innen konnte GSI/FAIR während der „Tage der Industriekultur“ einen umfassenden Einblick in die Forschung und die Zukunftsplanungen des weltweit einmaligen Beschleunigerzentrums ermöglichen. Die Gäste erhielten auf einem geführten Rundgang unter anderem Informationen über die bestehenden und derzeit in Bau befindlichen Beschleunigereinrichtungen und die wissenschaftlichen Fortschritte, wie die bei GSI entwickelte Tumortherapie mit schweren Ionen.

Die Tage der Industriekultur Rhein-Main boten auch in diesem Jahr wieder eine Vielzahl an Veranstaltungen, die die beeindruckende Industriekultur der Region in den Fokus rückten. Neben GSI/FAIR gewährten zahlreiche weitere Einrichtungen im gesamten Rhein-Main-Gebiet spannende Einblicke in die Vielfalt der Industriekultur. (BP)

Am GSI- und FAIR-Stand auf dem Ernst-August-Platz 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 Hannover sein kann, kann trotzdem teilnehmen: Viele Inhalte der "Highlights der Physik" werden auch online im Live-Stream zu sehen sein. Alle Live-Streams und Videos sind auf dem YouTube-Kanal zu finden: highlights-physik.de/streams

Den Auftakt zu dem einwöchigen Physik-Spektakel macht am 23. September Professor Harald Lesch mit dem Vortrag „Sonne, Mond und Sterne“ im Theater am Aegi. Den Abschluss der Veranstaltungswoche bildet am gleichen Ort der Abendvortrag „James Bond im Visier der Musik“ mit Professor Metin Tolan und dem Ärzteorchester Hannover.

Veranstaltet werden die „Highlights der Physik“ von der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) und der Leibniz Universität Hannover. In den vergangenen Jahren lockten sie bis zu 60.000 Besucher*innen an.
Zu allen Angeboten ist der Eintritt frei. Teilweise sind kostenlose Einlasskarten erforderlich. Die Tickets sind unter highlights-physik.de/tickets erhältlich. (LW)

Weitere Informationen

Webseite der Highlights der Physik

Zentrales Thema des Workshops waren zwei durch Hi-Acts, die Innovationsplattform für beschleunigerbasierte Technologien und Lösungen, geförderte Projekte: Das Projekt „Standardized Station for High-energy Heavy Ion Radiation on Electronics“ der GSI-Abteilung Biophysik und das Projekt „Microprobe 2.0“ der GSI-Abteilung Materialforschung. Beide Initiativen markieren bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der Strahlenhärtetests für elektronische Bauteile, die im Weltraum eingesetzt werden.

Bei Weltraummissionen zum Mond und darüber hinaus kann die komplexe Strahlungsumgebung im Weltraum ein limitierender Faktor für die Erforschung des Weltraums sein. Die ionisierende Strahlung kann elektronische Geräte und Komponenten beeinträchtigen. Deshalb müssen missionskritischer Systeme vor dem Einsatz im Weltall auf ihre Strahlenhärte getestet werden.

Die bodengestützte Breitstrahl-Schwerionen-Charakterisierung von Elektronik erfolgt derzeit mit Niedrigenergie-Ionen, in der Regel an den Beschleunigern in Löwen (Belgien) und Jyväskylä (Finnland). In Anbetracht des Teilchenspektrums in diesen Niederenergieanlagen (mehrere zehn µm) müssen einige elektronische Geräte einer komplexen und invasiven Probenvorbereitung unterzogen werden, um ihre empfindlichsten oder kritischsten Komponenten den Ionenstrahlen auszusetzen. Um die Elektronik an Niederenergie-Beschleunigern zu testen, ist eine komplexe und invasive Probenvorbereitung erforderlich, um die kritischen Komponenten den Ionenstrahlen auszusetzen, da der Teilchenbereich auf ~100 µm begrenzt ist. Während in der Vergangenheit die Elektronik für die jeweilige Mission maßgeschneidert wurde und daher verschiedene Unterkomponenten separat getestet werden konnten, verwenden die Raumfahrtbehörden heute eher kommerzielle Standardkomponenten (components-of-the-shelf, COTS). Das Testen von COTS, die nicht zerlegt werden können, erfordert schwere Ionen mit einer Reichweite in Silizium von >1 mm. In Europa ist dies nur bei GSI möglich. Daher haben wir eine potenziell große Nachfrage der europäischen Raumfahrtindustrie, ihre moderne Elektronik mit den Hochenergiestrahlen (SIS18 und in Zukunft SIS100) bei GSI und FAIR zu testen, die bis zu U-Ionenstrahlen mit Energien von bis zu 1 bzw. 10 GeV/u liefern. Diese Strahlen sind auch deshalb von Interesse, weil die galaktische kosmische Strahlung (GCR) schwere Ionen mit Energien über 100 MeV/n enthält.

Das im Jahr 2023 durchgeführte Hi-Acts Use Case Initiative-Projekt der Abteilung Biophysik bei GSI hat einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung eines standardisierten Verfahrens hinsichtlich Montage, Positionierung und Bestrahlung von Elektronikproben geleistet. Diese Entwicklung ist ein bedeutender Schritt in Richtung Automatisierung und Standardisierung bei der Prüfung von Weltraumelektronik mit hochenergetischen Schwerionenstrahlen, der zu einem Standard-Workflow für externe Nutzer aus der Industrie führt. Ressourcen werden eingespart und die Arbeit wird effizienter, wovon die gesamte Raumfahrtindustrie profitiert.

Im Vergleich zu breiten Ionenstrahlen, ermöglicht die bestehende Schwerionen-Mikrosonde am GSI-Linearbeschleuniger UNILAC die Injektion von Ladungsträgern an räumlich definierten Stellen in integrierten Schaltkreisen zur Strahlungshärteprüfung von Detektoren und Elektronik mit Schwerionen-Mikrostrahlen.

Die UNILAC-Ionenstrahl-Energien von bis zu 11 MeV/u ermöglichen eine Eindringtiefe in die Materialien von bis zu 100 µm. Die Mikrosonde fokussiert die Ionen aus dem Linearbeschleuniger in einen Fokuspunkt von rund 500 Nanometern Durchmesser und positioniert die einzelnen Ionen quer über das Target. Die Auswirkung jedes einzelnen Ereignisses an seiner definierten Stelle in der elektronischen Vorrichtung wird registriert, um eine Karte der Strahlungsempfindlichkeit zu erstellen.

Mit Hilfe der Schwerionen-Mikrosonde können Benutzer*innen und Entwickler*innen die lokalen Auswirkungen dichter ionisierender Strahlung auf elektronische Geräte bestimmen, beispielsweise auf dem Weg zur Qualifizierung für den Einsatz im Weltraum. Das aktuelle Projekt der GSI-Materialforschung, „Microprobe 2.0“, wird die Hardware- und Softwaresysteme der aktuellen Mikrosonde zu einem einzigartigen und benutzerfreundlichen Einzelereignis-Effekt-Testsystem für integrierte elektronische Schaltungen erweitern. Das Projekt soll der Industrie den Zugang zum GSI-Linearbeschleuniger UNILAC erleichtern, um effizienter eigene hochauflösende elektronische Tests mit Ionenmikrostrahlen durchführen zu können, begleitet von einer Remote-Unterstützung durch Spezialist*innen.

Während des Workshops präsentierte GSI die Ergebnisse der jüngsten Mikroelektronik-Testkampagne, die von ESA und EU-Projekten durchgeführt wurde. Die Teilnehmenden erhielten von Gerd Datzmann (DINI) einen Einblick in die europäische Strahlungshärtetest-Landschaft sowie die Erwartungen und Bedürfnisse industrieller Nutzer. Ein Highlight war der Vortrag von Ruben Garcia Alia (CERN) über Best Practices im Bereich Strahlenhärteprüfung von Elektronik an Hochenergie Teilchenbeschleunigern. Er berichtete von seinen Erfahrungen aus den beiden EU-Projekten RADNEXT und HEARTS, die beide in Kooperation mit GSI erfolgen, und erläuterte die Hintergründe zur Entstehung des R2E (Radiation to Electronics) Projekts am CERN.

Gemeinsam wurden während des Workshops technische und wissenschaftliche Randbedingungen sowie wie die Anforderungen potenzieller Nutzer aus Industrie und Forschung diskutiert. Dabei wurden Ansätze erörtert, wie diese Anforderungen künftig in Einklang gebracht werden können, um Innovationen voranzutreiben und Herausforderungen in der Strahlenhärteprüfung zu meistern. (BP)

Weitere Informationen

Projekt-Webseite Hi-Acts

Hi-Acts bei GSI/FAIR

Obgleich die Zufahrt über den Stadtteil Wixhausen erfolgt, liegt der GSI/FAIR-Campus auf der Gemarkung von Arheilgen. GSI/FAIR fühlen sich daher mit beiden Stadtteilen eng verbunden und nehmen am Ortsgeschehen teil. Dementsprechend bot der rund 18 Quadratmeter große Messestand der Gewerbeschau viel Gelegenheit zum Austausch und zum Mitmachen.

Besucher*innen konnten anhand eines Beschleunigerspiels nachvollziehen, wie die Teilchen in einem Linearbeschleuniger wie dem UNILAC bei GSI/FAIR auf Geschwindigkeit gebracht werden. Ein Fusionsflipper lud zum spielerischen Erfahren der Herstellung eines neuen Elements aus zwei kleineren ein. An der GSI/FAIR-Anlage gelang auf diese Weise die Herstellung von sechs neuen chemischen Elementen, unter anderem auch von Darmstadtium (Element 110), das nach der Stadt Darmstadt benannt ist.

Die Gewerbeschau wird vom Gewerbeverein Arheilgen e.V. rund um das Lokal Goldner Löwe im Zentrum von Arheilgen ausgerichtet. Der Verein möchte mit der Veranstaltung die Möglichkeit bieten, Kontakte zu knüpfen und die Arheilger Gemeinschaft zu stärken. (CP)

Zewei Xiongs Forschung konzentriert sich auf die Neutrinophysik und die nukleare Astrophysik und deckt ein breites Spektrum an Themen im Zusammenhang mit der Entwicklung und Nukleosynthese in Supernovae und Neutronensternverschmelzungen ab. Seine Arbeit umfasst die theoretische Modellierung der Quantendynamik von Neutrinos und hydrodynamische Simulationen von astrophysikalischen Ereignissen, bei denen Neutrino-Wechselwirkungen eine wichtige Rolle spielen.

Er ist einer von wenigen hundert Forschenden in ganz Europa, die in diesem Jahr mit dem ERC Starting Grant gewürdigt werden. Sein Projekt „Neutrino flavor Transformations in dense Astrophysical Environments” NeuTrAE zielt darauf ab, unser Verständnis der noch ungelösten Fragen zur Flavor-Entwicklung von Neutrinos und ihrer Bedeutung für die Teilchenphysik und die nukleare Astrophysik zu verbessern. Neutrinos werden durch Flavors charakterisiert, welche sich bei ihrer Ausbreitung ändern können – ein Phänomen, das als Neutrino-Flavor-Oszillation bekannt ist.

Gut erforscht und durch mehrere Experimente bestätigt sind die Schwingungen im Vakuum und in gewöhnlicher Materie. Extreme astrophysikalische Ereignisse wie Supernovae mit Kernkollaps und die gewaltige Verschmelzung zweier Neutronensterne oder eines Neutronensterns mit einem Schwarzen Loch sind reichhaltige Quellen von Neutrinos. In diesen astrophysikalischen Umgebungen wird der Neutrinofluss so intensiv, dass die Flavor-Interferenz der Neutrinos untereinander berücksichtigt werden muss. Dieser nichtlineare Effekt, der Neutrinos koppelt, die sich in verschiedene Richtungen und mit unterschiedlichen Energien ausbreiten, wird als kollektive Neutrino-Oszillationen bezeichnet.

Die Berücksichtigung der kollektiven Neutrino-Oszillationen in Simulationen astrophysikalischer Umgebungen erfordert einen quantenkinetischen Transport. Dies bleibt aufgrund der hohen Dimensionalität des Problems und der sehr unterschiedlichen Skalen für die Flavor- und hydrodynamische Entwicklung eine enorme Herausforderung. Die Auswirkung von Neutrino-Flavor-Übergängen auf diese kompakten Objekte bleibt ohne effiziente und ausgefeilte Methoden schwer zu ergründen.

„Mein Dank gilt dem Europäischen Forschungsrat. Ich freue mich außerordentlich über diese Auszeichnung und die damit verbundene großartige Chance für meine Forschungsziele. Ich freue mich darauf, NeuTrAE gemeinsam mit meinem Team zu verwirklichen“, sagt Zewei Xiong. „Ich möchte in dem Projekt NeuTrAE eine Möglichkeit bieten, um die Auswirkungen kollektiver Neutrino-Oszillationen in astrophysikalischen Umgebungen zu untersuchen. Mit NeuTrAE wollen wir das Verständnis der dynamischen Entwicklung von kompakten astrophysikalischen Objekten voranbringen.“

Zewei Xiong studierte Physik an der Shanghai-Jiao-Tong-Universität und arbeitete von 2016 bis 2020 zunächst mit einer Lehrtätigkeit, danach als Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität von Minnesota. Im dortigen Fachbereich für Physik und Astronomie promovierte er 2020. Seit 2021 ist er als Postdoc-Forscher in der Abteilung Nukleare Astrophysik und Struktur bei GSI tätig. (BP)

ERC Starting Grant

ERC Starting Grants für talentierte Nachwuchsforschende unterstützen herausragende Wissenschaftler*innen, zwei bis sieben Jahre nach der Promotion, die großes Potential zeigen 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 Forschenden, ihre eigenen Projekte zu starten, ihre Teams aus Postdoktorand*innen sowie Promovierenden zusammenzustellen und ihre Forschungsideen zu verfolgen. Forschende von GSI und FAIR waren in den letzten Jahren sehr erfolgreich bei der Vergabe von ERC Grants, sowohl in den Bereichen der Starting und Consolidator Grants als auch der Advanced Grants für etablierte Forschende und ihre hochinnovativen Projekte.

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Pressemitteilung des Europäischen Forschungsrates (auf Englisch)

Die zweiwöchige Summer School findet sowohl auf dem Gelände des ESA-Satellitenkontrollzentrums ESOC als auch auf dem GSI- und FAIR-Campus in Darmstadt statt. Ziel ist es, Studierende in den Grundlagen der Schwerionen-Biophysik für terrestrische und Weltraumanwendungen auszubilden, beispielsweise in den Bereichen Erkennung, Überwachung und Schutz vor Weltraumstrahlung. Die Erforschung kosmischer Strahlung und ihrer Auswirkungen auf Menschen, Elektronik und Materialien ist entscheidend für eine zukunftsweisende Raumfahrt, damit Astronauten und Satelliten während der Exploration unseres Sonnensystems bestmöglich geschützt sind. Darüber hinaus liefert die Forschung wertvolle Erkenntnisse über die Risiken von Strahlenbelastungen auf der Erde. Hauptthemen der Summer School in diesem Jahr sind Weltraumstrahlungsaktivitäten der ESA, Weltraumstrahlungsphysik und -biologie, angewandte Physik bei GSI/FAIR, Teilchenbeschleuniger und Partikeltherapie. In einer einzigartigen Kombination aus Vortragsveranstaltungen und praktischen Workshops können die Teilnehmenden ihr Wissen rund um das Thema Strahlenforschung vertiefen.

Eröffnet wurde das wissenschaftlich herausragende Programm von Anna Fogtman¸ Leitung des Strahlenschutzbetriebs bei der Europäischen Weltraumorganisation ESA, und Professor Marco Durante, Leiter der GSI-Abteilung Biophysik. Es 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, eine Exkursion zum Europäischen Astronautenzentrum (EAC) der ESA in Köln und praktische Schulungen und Forschungsmöglichkeiten. Am Ende der ersten Woche wechseln die Teilnehmenden zwischen den beiden Standorten ESOC und GSI/FAIR-Campus. Dort werden sie in der zweiten Woche von Dr. Yvonne Leifels, Leitung Forschung GSI/FAIR begrüßt. Außerdem gibt Dr. Radek Pleskac einen Einblick in das FAIR-Projekt. Bei GSI und FAIR haben die Teilnehmenden die Gelegenheit, in Teamarbeit an Laboraktivitäten mitzuwirken und mehr über die Forschungsfelder Strahlenbiologie und Simulation kosmischer Strahlung in Beschleunigern zu erfahren.

Die jungen Forschenden können dabei ihre eigenen Experimentideen weiterentwickeln und ausbauen, indem sie Vorschläge für bodengestützte Weltraumstrahlungsexperimente einreichen, beispielsweise im Rahmen des IBER-Programms, das sich mit den biologischen Effekten von Strahlung befasst. IBER ermöglicht es Forschungsgruppen, die Beschleunigeranlagen von GSI zu nutzen, um die biologischen Auswirkungen kosmischer Strahlung zu untersuchen. Am Ende der ESA-FAIR Radiation Summer School werden die Teilnehmenden schriftliche Prüfungen ablegen und/oder Teamarbeiten durchführen, die evaluiert und bewertet werden.

Die Einrichtung der Summer School ist das Ergebnis einer langjährigen, engen Zusammenarbeit zwischen ESA und FAIR zur Erforschung kosmischer Strahlung und eines von mehreren Projekten innerhalb der GSI/FAIR-ESA-Kooperationsvereinbarung. Die bestehende Beschleunigeranlage von GSI ist die einzige in Europa, die in der Lage ist, alle im Sonnensystem vorkommenden Ionenstrahlen – vom leichtesten, Wasserstoff, bis zum schwersten, Uran – zu erzeugen. Mit dem zukünftigen Beschleunigerzentrum FAIR werden diese Möglichkeiten noch deutlich erweitert: FAIR wird Experimente mit einem noch breiteren Spektrum an Teilchenenergien und -intensitäten ermöglichen und die Zusammensetzung der kosmischen Strahlung noch präziser simulieren können. Die Nähe zum ESA-Satellitenkontrollzentrum in Darmstadt schafft außerdem optimale Bedingungen für die regionale Zusammenarbeit in einem der entscheidenden Forschungsfelder der Zukunft. (BP)

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ESA-FAIR Radiation Summer School

Professor Dr. Jens Limpert und Privatdozent Dr. Jan Rothhardt werden mit dem EPS-QEOD Preis für Forschung in der Lasertechnologie und deren Anwendungen 2024 in Anerkennung ihrer bahnbrechenden Forschung „für die Entwicklung kompakter kohärenter Hochleistungs-Extrem-Ultraviolett-Quellen und materialspezifischer Extrem-Ultraviolett-Bildgebung im Nanobereich“ ausgezeichnet. Diese prestigeträchtige Auszeichnung wird von der Division of Quantum Electronics and Optics der European Physical Society (EPS) alle zwei Jahre vergeben und würdigt herausragende Beiträge im Bereich der Lasertechnologie.

Der EPS-QEOD-Preis ist eine der höchsten Auszeichnungen in der Laserwissenschaft und würdigt Forscher, die durch innovative Forschung und technologische Durchbrüche einen bedeutenden Beitrag zur Wissenschaft geleistet haben. Professor Limpert und Dr. Rothhardt wurden damit für ihre bahnbrechenden Arbeiten zur Entwicklung kompakter leistungsstarker kohärenter extrem-ultravioletter (EUV) Lichtquellen und materialspezifischer nanoskaliger EUV-Bildgebung geehrt. Diese Auszeichnung unterstreicht die internationale Anerkennung ihrer wissenschaftlichen Exzellenz und Innovation.

Die Preisverleihung fand am 27. August 2024 während der 11. Europhoton-Konferenz in Vilnius, Litauen, statt.

Technische Errungenschaft

In enger Zusammenarbeit haben Professor Jens Limpert und Dr. Jan Rothhardt neue Erkenntnisse und Technologien zur Realisierung von EUV-Quellen mit Synchrotron-ähnlicher Leistung entwickelt. Durch den Einsatz von hochleistungsfähigen Femtosekunden-Faserlasersystemen und das Konzept der kohärenten Kombination mehrerer Faserverstärker haben sie hochharmonische Quellen mit hoher Konversionseffizienz entwickelt, deren Photonenfluß den Stand der Technik um mehrere Größenordnungen übertreffen.
Ihre Arbeit führt zu einer bahnbrechenden neuen Technologie: einem hochauflösenden, linsenlosen EUV-Mikroskop, das die Ptychographie-Methode nutzt. Diese Methode ermöglicht eine beispiellose Auflösung von 16 Nanometern und bietet quantitative Amplituden- und Phaseninformationen in jedem Bildpixel. Dies erschließt ungenutztes Potenzial in der Nanowissenschaft und Materialwissenschaft, wie z.B. in der Entwicklung effizienter Nanoelektronik, für Energie- und Datenspeichergeräte sowie in der biologischen Bildgebung, mit Anwendungen, die von der Erkennung von Krebszellen bis hin zur Untersuchung der Interaktion von Pathogenen, Medikamenten oder Nanopartikeln mit biologischen Zellen reichen.

Erfolgreiche Zusammenarbeit

Die herausragenden Leistungen wurden durch eine enge interinstitutionelle Zusammenarbeit zwischen den beiden Forschern möglich. Professor Limpert – Mitglied des Wissenschaftlichen Direktoriums des Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) und Professor am Institut für Angewandte Physik der Friedrich-Schiller-Universität Jena – und Privatdozent Dr. Rothhardt – Forschungsgruppenleiter am Helmholtz-Institut Jena, einer Außenstelle des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt – kombinierten ihre Expertise in der Lasertechnologie und in bildgebenden Verfahren, um diese innovative Technologie zu entwickeln.

Ihre Arbeit zeigt eindrucksvoll, wie durch Teamarbeit und Kooperation bedeutende wissenschaftliche Durchbrüche erzielt werden können. Professor Limpert betonte: „Die interdisziplinäre Zusammenarbeit hat es uns ermöglicht, ein kompaktes EUV-Mikroskop im Labormaßstab zu realisieren und an Mikroorganismen zu demonstrieren. Dies erweitert nicht nur die Anwendungsmöglichkeiten, sondern macht die Technologie auch zugänglicher.“ „Die Auszeichnung ist der Glanzpunkt dieser Gesamtleistung und wir freuen uns, den Preis stellvertretend für das Team entgegen nehmen zu dürfen.“, schließt Dr. Rothhardt an.

Das Helmholtz-Institut Jena, die Friedrich-Schiller-Universität Jena und das Fraunhofer IOF gratulieren Professor Jens Limpert und Dr. Jan Rothhardt herzlich zu dieser herausragenden Auszeichnung und freuen sich auf die weiteren wissenschaftlichen Erfolge, die aus ihrer wegweisenden Forschung hervorgehen werden. (FSJ/CP)

Weitere Informationen

• Meldung des Instituts für angewandte Physik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
• Webseite der EPS

Auf dem Programm stand zunächst ein Überblick über aktuelle Forschungsthemen, Campusentwicklung und Technologietransfer, sowie die Fortschritte beim FAIR-Projekt. Bei einer Besichtigung der FAIR-Baustelle mit Begehung der aktuellen baulichen Highlights konnten die Gäste die jüngsten Entwicklungen aus nächster Nähe in Augenschein nehmen. Erst vor kurzem war der Startschuss für die Installation der FAIR-Beschleunigertechnik gefallen; die Arbeiten schreiten kontinuierlich voran.

Dr. Astrid Mannes besichtigte unter anderem die Testanlage für supraleitende Magnete (STF), das Hauptversorgungsgebäude, den unterirdischen Beschleunigertunnel SIS100 und das zentrale Bauwerk für die Strahlführungen und -verteilung, die Gebäude für das CBM-Experiment und die Super-FRS-Experimentieranlage Bei einem Rundgang durch die bestehende GSI-Anlage konnten die Gäste zudem, den Experimentierplatz der Abteilung Biophysik, an dem unter anderem die Tumortherapie entwickelt und angewandt wurde, sowie das Experiment HADES besichtigen. (BP)

Mit TRANSIEVES sollen sogenannte transiente Siebe erforscht werden, die ein neuartiges technologisches Konzept zur Trennung von in einer Flüssigkeit gelösten oder suspendierten Stoffen darstellen. Bislang beruhen die Trennverfahren weitgehend auf dem räumlichen Ausschluss: Es kommt darauf an, ob eine Komponente klein genug ist, um eine Pore zu passieren oder nicht. Die Kollaboration aus Forschenden von TU Darmstadt und GSI/FAIR will die Trennung durch zeitlichen Ausschluss untersuchen, d.h. die Durchlässigkeit eines Siebes oder einer Pore in Abhängigkeit von der Zeit. Entscheidend für die Selektivität ist dann, ob eine Spezies eine Pore in einer bestimmten Zeit passieren kann. Ziel des TRANSIEVES-Projekts ist es, Siebe mit neuartigen und nützlichen Eigenschaften auszustatten, beispielsweise mit erhöhter Selektivität oder geringerem Energieverbrauch.

Durch das Leitexperiment „Elektrisch modulierbare Nanoporen“ stärkt TRANSIEVES die Zusammenarbeit von GSI/FAIR und TU Darmstadt auf dem Gebiet nanostrukturierter Materialien. Mit der Ionenspurtechnologie steht bei GSI/FAIR eine einzigartige Methode zur Erzeugung von Nanoporen zu Verfügung. Im Rahmen des Teilprojekts plant das GSI/FAIR-Forschungsteam unter der Leitung von Professorin Toimil-Molares die Synthese von einporigen Polymermembranen, die mit Hilfe der einzigartigen Einzelionen-Bestrahlungsanlage bei GSI/FAIR hergestellt werden sollen, und deren Modifizierung mit Goldbeschichtungen und nanoporösem Gold, um ihre spannungsgesteuerten Transporteigenschaften zu charakterisieren.

Professorin María Eugenia Toimil-Molares verfügt über langjährige Expertise in der Herstellung von Einzel- und Mehrporenmembranen mittels Bestrahlung mit hochenergetischen Schwerionen und anschließendem chemischen Ätzen der Ionenspuren, sowie in deren Funktionalisierung, z.B. durch Atomlagenabscheidung. Ihre Forschungsaktivitäten umfassen auch die Herstellung von Metall-, Halbmetall- und Halbleiter-Nanodrähten mit kontrollierten Abmessungen durch galvanische Abscheidung in den Poren der geätzten Ionenspur-Polymermembranen. Ihre Arbeitsgruppe forscht des Weiteren an der Herstellung weiterer poröser Materialien wie dreidimensionalen Nanodraht-Netzwerken, porösem Gold, und metallorganischen Gerüstverbindungen.

Das FOR-5584-Projekt Transient Sieves wird von der DFG unter der Projektnummer 509491635 gefördert. (CP/BP)

Weitere Informationen

TRANSIEVES-Webseite bei der TU Darmstadt

Es begann in den ersten Minuten des Urknalls, als sich schon die Atomkerne der Elemente Wasserstoff, Helium und Lithium bildeten. Damit Elektronen an diesen Kernen gebunden werden konnten und so die ersten Elemente entstanden, musste sich das Universum über weitere 380.000 Jahre abkühlen. Alle anderen Elemente des Periodensystems haben ihren Ursprung in Sternen, bis auf die Allerschwersten, die künstlich in Forschungszentren wie GSI synthetisiert wurden. Sterne nutzen hierbei die Eigenschaft aus, dass durch die Fusion von zwei leichteren Kernen zu einem schwereren Kern Energie gewonnen werden kann, die der Stern nutzt, um für Millionen bis Milliarden Jahre in einem Gleichgewicht zu existieren und dabei auch noch große Mengen an Energie abzustrahlen. Irgendwann hat ein Stern sein nukleares Energiereservoir aufgebraucht, dann ereilt ihn, wenn er massiv genug ist, ein dramatisches Schicksal: Er explodiert als Supernova und schleudert dabei die Elemente, die er im Inneren erbrütet hat, ins Weltall, wo sie auf einem kleinen Planeten um einen recht unauffälligen Stern zur Formation von Leben genutzt wurden.

Supernovae erzeugen allerdings nur Elemente bis hin zum Eisen-Nickel-Massebereich. Um die schwereren Elemente zu machen, hat die Natur einen anderen Trick: Durch die fortschreitende Anlagerung von Neutronen an Saatkernen kann sukzessive die Massenzahl der Kerne erhöht werden, wobei diese Sequenz von Zerfällen unterbrochen wird, bei denen sich ein Neutron in ein Proton umwandelt und man so einen Schritt in der Periodentafel weiterkommt. Das Problem des Tricks liegt allerdings darin, dass es eigentlich nach dem Urknall keine freien Neutronen mehr gibt und der Stern diese vor Ort erzeugen muss. Dies kann recht friedlich während spezieller Perioden im Leben von Sternen, die etwas massiver als die Sonne sind, geschehen, oder aber auch in spektakulären Ereignissen wie der Verschmelzung von zwei Neutronensternen.

Die Sonne ist ein Allerweltsstern, nur nicht für uns, da wir ohne ihn nicht existierten. Wir wissen heute sehr viel von der Sonne und haben es geschafft, mit zwei unterschiedlichen Methoden ins tiefe Innere der Sonne zu schauen und unsere theoretischen Vorstellungen über Sterne zu testen, mit spektakulären Erfolgen.

Der Vortrag wird zunächst die kosmische Alchemie der ersten fast 14 Milliarden Jahre des Universums diskutieren. Aber zum Schluss will Karlheinz Langanke noch einen Ausblick wagen auf die nächsten Milliarden Jahre und danach.

Karlheinz Langanke studierte Physik an der Universität Münster und promovierte dort im Jahr 1980. Anschließend ging er als Post-Doc ans California Institute of Technology (Caltech). Von 1987 bis 1992 war er Professor in Münster, danach wurde er Mitglied der Fakultät am Caltech. Im Jahr 1996 nahm er einen Lehrstuhl an der Universität Aarhus in Dänemark an. Im Jahr 2005 wurde er Professor für Theoretische Physik an der Technischen Universität Darmstadt und leitender Wissenschaftler bei GSI. Dort war er auch für einige Jahre bis zu seiner Pensionierung 2022 Forschungsdirektor und für zwei Jahre, 2015 und 2016, Wissenschaftlicher Geschäftsführer ad interim. Seine Forschungsschwerpunkte sind die Kernprozesse, die in Sternen und stellaren Explosionen ablaufen. Karlheinz Langanke wurde für seine wissenschaftlichen Arbeiten unter anderem mit dem Lise-Meitner-Preis der European Physical Society ausgezeichnet und von dieser Gesellschaft 2023 zu einem ihrer Ehrenmitglieder gewählt.

Auch die weiteren Vorträge des Halbjahrs legen einen Fokus auf Aktivitäten bei GSI/FAIR, ganz konkret auf die Erforschung von superschweren Elementen oder den Beginn der Beschleunigung an den sogenannten Ionenquellen, aber auch – wie bei den Kleinplanetenentdeckungen – auf Aktivitäten von Mitarbeitenden über die Arbeit hinaus. Im Dezember schließlich können die Teilnehmenden im Weihnachtsvortrag erfahren, welche Experimente im Jahr 2024 mit der Beschleunigeranlage durchgeführt wurden.

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, 28.08.2024, 14 Uhr
  Kosmische Alchemie der Elemente – Die ersten 14 Milliarden Jahre des Universums
  Karlheinz Langanke, GSI/FAIR
   
• Mittwoch, 18.09.2024, 14 Uhr
  Kleinplaneten-Entdeckungen des Physikalischen Vereins Frankfurt
  Erwin Schwab, GSI/FAIR
   
• Mittwoch, 30.10.2024, 14 Uhr
  Superschwere Elemente – Künstliche Elemente am Ende des Periodensystems
  Michael Block, GSI/FAIR
   
• Mittwoch, 20.11.2024, 14 Uhr
  Ionenquellen – Woher kommen eigentlich die Teilchen?
  Ralph Hollinger, GSI/FAIR
   
• Mittwoch, 11.12.2024, 14 Uhr
  Wer strahlte denn da? – Einblick in den wissenschaftlichen Experimentierbetrieb an GSI/FAIR in 2024
  Daniel Severin, GSI/FAIR, et al.

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

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

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

Über FAIR

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

Weitere Informationen

Über den Bau von FAIR

Video FAIR-Baustelle im April 2024

Video FAIR-Baustelle 2018-2024 im Zeitraffer

Vor allem die gewaltige Dimension der Bäder und die Möglichkeit, Großbauteile zu verkupfern, machen die Anlage einzigartig. Sie ist in der Lage, Kavitäten mit einem Durchmesser von etwa zweieinhalb Metern mit homogenen Kupferschichten zu überziehen. In der Galvanikhalle, in der die neue Anlage untergebracht ist, wurden insgesamt vier maßgeschneiderte Badbehälter und zwei Spülbäder installiert. Jeder dieser Behälter hat einen Durchmesser von 2,70 Metern und eine Tiefe von 3,60 Metern und kann bis zu 19.000 Liter Flüssigkeit aufnehmen.

Die neue Galvanikanlage arbeitet dank moderner Ausstattung und spezieller Konstruktion präzise und erfüllt die hohen Anforderungen an die Beschichtung optimal. Die neuen Bäder sind darauf spezialisiert, Kupferschichten von höchster Qualität und Homogenität aufzutragen und Schichtdicken von wenigen Mikrometern bis zu 120 Mikrometern abzuscheiden. Um eine gleichmäßige, hochglänzende Schichtabscheidung zu gewährleisten, wird das Bad aktiv mit Luft durchströmt, und spezielle Heiz- und Kühleinrichtungen sorgen für die richtige Badtemperatur während des Beschichtungsprozesses. An den Stromleitschienen in der Mitte der Wannen können unterschiedliche Anoden für die jeweiligen Elektrolytmetalle und zu verkupfernden Bauteile angebracht werden.

Bevor ein Bauteil in die Elektrolyten eintaucht, sind mehrere Wochen Vorbereitung nötig. Zuvor müssen Flächen abgeklebt, mit einem Schutzlack versehen und die Oberfläche vorbereitet werden. Aufgrund der Komplexität der Bauteile werden die Vorarbeiten komplett von Hand ausgeführt. Alle nicht zu verkupfernden Flächen müssen sorgfältig mit einem galvanoresistenten Überzug überzogen und mehrfach lackiert werden, um einen wirksamen Schutz gegen die Elektrolyte zu erreichen. Die eigentliche Verkupferung dauert nur einen Tag und erfolgt in einer festgelegten Prozessabfolge durch die verschiedenen Wirkbäder. Zuerst durchläuft das Bauteil ein Entfettungsbad, um es von Fett und Schmutz zu befreien. Anschließend wird in einem Nickelbad ein Haftvermittler aufgetragen, der die Haftung des Kupfers verbessert. Nach einer Aktivierung der Oberfläche mit verdünnter Schwefelsäure wird das Bauteil dann im Verkupferungsbad mit einer Schicht aus reinem Kupfer überzogen. Anschließend muss der Schutzlack wieder entfernt und die Kupferoberfläche von Hand nachpoliert werden, damit die kristalline Oberflächenstruktur ihre Eigenschaften behält und der schöne Glanz entsteht.

Die neue Anlage ermöglicht die Beschichtung der verbesserten Beschleunigungskavitäten, die im Rahmen der Modernisierung des bestehenden Linearbeschleunigers UNILAC installiert werden. Diese verbesserten Module ersetzen den hinteren Teil des UNILAC, um die für das FAIR-Projekt erforderlichen Leistungsparameter zu erreichen. In den nächsten Jahren ist die Verkupferung von insgesamt 25 einzelnen Tanks vorgesehen. Mit der erfolgreichen Beschichtung eines Probetanks, die die Funktionsfähigkeit der Anlage bestätigte, beginnt nun der Betrieb der Anlage. (JL)
 

Die ELMA-Forschenden unter der Leitung von Professor Giacomo Contin, Universität Triest, und Professorin Silvia Masciocchi, Universität Heidelberg und GSI/FAIR, werden die Reaktion der MAPS auf ausgewählte Teilchen und Teilchenenergien systematisch untersuchen. Die Kollaboration wird funktionale MAPS-Proben in planarer und gebogener Geometrie präparieren und charakterisieren und sie an den GSI/FAIR-Ionenstrahlanlagen bestrahlen. Die Form und Größe der Pixelcluster, die durch die auftreffenden Teilchen mit unterschiedlicher Ladungszahl und Energie aktiviert werden, sowie die von der Detektorlogik erhaltenen analogen Signalinformationen werden zur Untersuchung der Reaktion und zur genauen Kalibrierung der Sensoren für den weiteren Einsatz in den verschiedenen experimentellen Anwendungen verwendet.

Die in CMOS-Technologie realisierten MAPS haben sich in letzter Zeit als die besten Detektoren für die Rekonstruktion von Teilchentrajektorien und Interaktionspunkten etabliert, die im Mittelpunkt von Experimenten der Teilchen- und Kernphysik stehen. MAPS liefern räumliche Informationen mit sehr hoher Positionsauflösung (bis zu drei Mikrometer bzw. 3・10^-6 Meter) und ermöglichen den Bau besonders leichter Detektorsysteme, die die durchquerenden Teilchen kaum stören, sie aber mit höchster Präzision messen. Solche Detektoren werden derzeit im ALICE-Experiment am CERN eingesetzt und sind sowohl für das CBM- als auch für das R3B-Experiment bei FAIR eingeplant. Im Rahmen des ELMA-Projekts wird auch ihr möglicher Einsatz in anderen Bereichen wie der Medizin und der Weltraumbeobachtung untersucht werden.

Mit den Fördermitteln werden Postdoc-Stellen und Stipendien für Studierende finanziert, die an den vorgeschlagenen Forschungsarbeiten und der Herstellung der erforderlichen Datenerfassungsgeräte arbeiten. Die GSI/FAIR-Laboratorien werden die örtlichen Bestrahlungseinrichtungen für das Projekt zur Verfügung stellen und wissenschaftliche und technische Unterstützung leisten.

Im Rahmen des Projekts werden die beiden Forschungsgruppen ihre Ressourcen für ein Ziel bündeln, das sonst allein nicht erreicht werden könnte. Das weitere Projektergebnis wird eine dauerhafte Zusammenarbeit zwischen den italienischen und deutschen Gruppen sein, die den Austausch von Studierenden und wissenschaftlichem Personal, den routinemäßigen Zugang zu den jeweiligen Einrichtungen, weitere gemeinsame Forschungsinitiativen und wissenschaftliche Veröffentlichungen ermöglicht. (CP)

Weitere Informationen

Italienisches Ministerium für auswärtige Angelegenheiten und internationale Zusammenarbeit (MAECI)

Begrüßt wurde Deniz Würsch durch die Leitung von GSI und FAIR: Forschungsdirektorin Dr. Yvonne Leifels, Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer, und Dr. Katharina Stummeyer, Administrative Geschäftsführerin, sowie Pressesprecher Dr. Ingo Peter. Nach einem einführenden Vortrag zu Forschungszielen, Campusentwicklung und dem FAIR-Bauprojekt folgte ein Rundgang, der zum Teststand für supraleitende Magnete für den FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 sowie auf das FAIR-Baufeld führte.

Auf der Baustelle besichtigte sie die einzelnen Bauabschnitte aus nächster Nähe. Auf dem Programm standen die ersten Installationen im unterirdischen Beschleunigertunnel SIS100, der Super-Fragmentseparator (Super-FRS), das zentrale Bauwerk für die Strahlführung und ‑verteilung (Kreuzungsbauwerk) und die Gebäude für die FAIR-Experimentierplätze.

Die Aktivitäten von GSI/FAIR stoßen bei der Bezirksverwaltung auf großes Interesse. Ein zweiter Informationsbesuch mit weiteren Vertreter*innen der Bezirksverwaltung ist noch in diesem Jahr geplant. (CP)

Erstmals gelang es einem internationalen Forschungsteam unter Leitung von GSI/FAIR in Darmstadt, des Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (IRFU) in Saclay, Frankreich, und des Max-Planck-Instituts für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg den Zwei-Photonen-Zerfall in einem „nackten“ Atomkern, dem die gesamte Elektronenhülle entfernt wurde, zu beobachten. Die Messungen an Germanium-72-Kernen wurden im Rahmen des FAIR-Phase-0-Experimentprogramms am Experimentierspeicherring ESR bei GSI/FAIR durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

Der nukleare Zwei-Photonen-Zerfall oder doppelte Gammazerfall ist ein elektromagnetischer Prozess, bei dem ein Atomkern in einem angeregten Zustand zwei Gammaquanten gleichzeitig aussendet. Diese neue Form der Radioaktivität wurde erstmals in den 1980er Jahren am MPIK entdeckt, die weitere Erforschung war jedoch aufgrund ihrer Seltenheit bisher kaum möglich. Die Untersuchung dieses Prozesses gibt Aufschluss über grundlegende Eigenschaften des Kerns, wie etwa die unterschiedliche elektrische Polarisierbarkeit in verschiedenen Anregungszuständen.

In den aktuellen Experimenten konnten die Forschenden das seltene Phänomen an einem speziellen Germaniumisotop mit der Massenzahl A=72 beobachten, dem die gesamte Elektronenhülle abgestreift wurde. Dazu wurden Krypton-Ionen mithilfe der bestehenden Beschleunigeranlage von GSI/FAIR auf etwa 70% der Lichtgeschwindigkeit gebracht und anschließend auf eine ca. einen Zentimeter dicke Berylliumplatte geschossen. Beim Aufprall werden die gewünschten Germanium-Ionen zum Teil im ersten angeregten Zustand des Kerns erzeugt, der die gleiche Spin-Paritäts-Quantenzahl 0⁺ wie der Grundzustand hat.

„In dieser Situation ist der normalerweise dominierende Zerfall durch die Emission eines einzelnen Lichtteilchens, also eines Photons, aufgrund der Drehimpulserhaltung verboten, da das Photon selbst einen Eigenspin von einer Einheit besitzt“, erläutert der Projektleiter Privatdozent Wolfram Korten, Wissenschaftler am IRFU. „Auch alle anderen konkurrierende Zerfallsarten, wie z. B. die Übertragung der Energie auf ein Elektron der Atomhülle, sind bei Kernen, deren Elektronen vollständig entfernt wurden, nicht möglich. Der Zwei-Photonen-Zerfall wird somit zur dominierenden Zerfallsart.“ Diese Situation nutzten die Wissenschaftler*innen, um die partielle Halbwertszeit für die Zwei-Photonen-Emission direkt zu messen.

„Bei relativistischen Energien haben die in einer Kernreaktion erzeugten Ionen zwangsläufig große Geschwindigkeitsunterschiede“, erklärt Professor Yury Litvinov, der für die Durchführung des Experiments bei GSI/FAIR verantwortlich war. „Daher haben wir den Experimentierspeicherring ESR in einem speziellen ‚isochronen‘ Modus betrieben, so dass die Unterschiede in der Geschwindigkeit durch verschiedene Längen der Ionenbahnen exakt kompensiert werden und somit alle Ionen einer Spezies identische Umlauffrequenzen haben. Dadurch konnten wir den Grundzustand und den isomeren Zustand der Germanium-72-Ionen trotz des extrem geringen relativen Massenunterschieds in der Größenordnung von 10^-6 zuverlässig trennen.“

„Wir haben jedes Ion im isomeren Zustand zerstörungsfrei verfolgt und den Zeitpunkt seines Zerfalls genau bestimmt. Auf diese Weise wurde die Halbwertszeit für den Doppel-Gamma-Zerfall des erstangeregten 0⁺-Zustands in Germanium-72 mit 23,9(6) Millisekunden bestimmt, was fünfzigtausendmal länger ist als im atomaren Zustand und stark von den theoretischen Erwartungen abweicht“, fasst Dr. David Freire Fernández, zum Zeitpunkt der Messung Doktorand am MPIK und Erstautor der Publikation, das Ergebnis zusammen. „Die gemessene Halbwertszeit ist zudem um mindestens zwei Größenordnungen kürzer als die kürzeste Lebensdauer, die bisher für gespeicherte hochgeladene Ionen direkt gemessen wurde.“

„Eine solch kurze Lebensdauer war nicht erwartet worden, und wir sind sehr gespannt auf die theoretische Erklärung. Weitere Experimente werden jedoch erforderlich sein, um Theorie und Experiment für dieses seltene Phänomen in Einklang zu bringen“, fasst Professor Klaus Blaum, Direktor des MPIK in Heidelberg, zusammen. (CP)

Weitere Informationen

• Wissenschaftliche Veröffentlichung in Physical Review Letters

Die Veranstaltung, 2018 zum ersten Mal ausgerichtet, hat eine hohe internationale Strahlkraft. Sie bietet Forschungseinrichtungen und Unternehmen alle zwei Jahre Gelegenheit, neue Kooperationen und Netzwerke zu schmieden und interdisziplinäre Kontakte zu knüpfen, in Vorträgen und Workshops, bei Roundtable-Gesprächen und an Infoständen. Sie bringt dabei die Top-Player aus Wissenschaft, Forschung und Technologie zusammen.

GSI und FAIR präsentierten sich mit einem modernen, rund zehn Quadratmeter großen Informationsstand bei der Konferenz und stellten „FAIR – das Universum im Labor“ vor. Mit dem internationalen Beschleunigerzentrum FAIR werden zukünftig extreme Zustände von Materie im Labor erzeugt und erforscht, wie sie sonst nur in Neutronensternen, Supernovae, Sternen oder großen Gasplaneten vorkommen. Forschende aus aller Welt werden die verschiedenen Bereiche von GSI und FAIR nutzen, um in einzigartigen Experimenten neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen. Vor allem Top-Talenten und dem wissenschaftlich-technischen Nachwuchs bietet das Forschungszentrum dabei zukunftsträchtige und spannende Perspektiven.

Am GSI/FAIR-Stand konnten sich die rund 2000 Kongressteilnehmenden aus den Bereichen Wissenschaft, Wirtschaft, Gesellschaft und Politik über die neusten Forschungsprojekte, Karrieremöglichkeiten und Angebote für Studierende informieren. Dazu gehörten interaktive Exponate, die einen Einblick in den grundlegenden Beschleunigungsprozess von chemischen Elementen gaben ebenso wie die Präsentation aktueller Forschungsarbeiten. Forschende von GSI/FAIR und dem Helmholtz-Institut Mainz (HIM), einer Außenstelle von GSI, stellten dabei die verschiedenen Wissenschaftsdisziplinen vor und gaben spannende Einblicke in aktuelle Forschungsthemen und zu gesellschaftlich relevanten Fragen, unter anderem aus den Bereichen Bio- und Kernphysik sowie medizinische Anwendungen.

Wer selbst in einer internationalen Forschungseinrichtung arbeiten möchte, konnte sich auch über die vielfältigen Karriere-, Studien-, Job-und Ausbildungsmöglichkeiten bei GSI und FAIR informieren. Verschiedene Austauschprogramme und weltweite Kooperationen von GSI und dem in internationaler Gemeinschaft errichteten Beschleunigerzentrum FAIR bieten zukunftsweisende Möglichkeiten. Dies gilt für den wissenschaftlich-technischen Nachwuchs ebenso wie für herausragende Forschende. GSI und FAIR zeigten sich nach der Messe sehr zufrieden und zogen eine äußerst positive Bilanz. Intensive Dialoge am Messestand, eine ganze Reihe von sehr fokussierten Einzelgesprächen und der Hinzugewinn zahlreicher neuer Fachkontakte trugen dazu bei. (BP)

Über die „Curious – Future Inside Conference“

Der Verein Future Insight e.V. bringt gleichgesinnte Personen und Organisationen zusammen, um den Fortschritt von Wissenschaft und Technologie zum Nutzen der Gesellschaft zu fördern. Dabei orientiert er sich an den drei Grundprinzipien Wahrheit, Liebe und Hoffnung – Wissenschaft, Ethik und Inspiration. Der gemeinnützige Verein organisiert die alle zwei Jahre stattfindende „Curious – Future Inside Conference“, eine der weltweit führenden Konferenzen zum Thema Wissenschaft und Technologie. Sie deckt ein breites Themenspektrum ab und bringt einige der weltweit brillantesten Wissenschaftler*innen und Innovator*innen zusammen, um die Herausforderungen von heute zu lösen und die Visionen für eine bessere Zukunft zu ermöglichen. Die erste Konferenz wurde von dem Pharma- und Chemieunternehmen Merck anlässlich seines 350-jährigen Jubiläums im Jahr 2018 initiiert und war der Auslöser für die Entstehung dieser globalen Bewegung.

Mehr zur „Curious – Future Inside Conference“

Homepage der Veranstaltung

Diese sogenannten Hauptstromversorgungen weisen eine Pulsleistung von insgesamt 30 Megawatt auf und sind daher direkt an das Mittelspannungsnetz (20.000 Volt) angeschlossen. Die Dipolmagnete werden in einem Beschleunigungszyklus auf Endenergie mit Strömen bis zu 13.000 Ampere bei einer Stromanstiegsrate von 29.000 Ampere pro Sekunden versorgt. Dabei müssen die Netzgeräte in jedem Zeitpunkt der Rampe den Sollstrom mit einer Präzision von 0,01 Prozent einhalten, was zu einer resultierenden Auflösung von 0,001 Prozent der Messeinrichtungen führt. Hierfür sind hochpräzise Strommesssysteme, bestehend aus Stromwandlern für Gleichströme und bei GSI entwickelten ADC (Analog Digital Wandler), sowie leistungsstarke Regelsysteme in den Netzgeräten erforderlich.

Die Kooperation zwischen GSI und Power Conversion Deutschland ist für beide von strategischer Bedeutung in der Magnet-Hochstromtechnologie und zielt darauf ab, solches Technologie und Fachwissen auf höchstem Niveau zu bewahren und auszubauen.

Aufbauend auf dem Knowhow der ehemaligen AEG - einer der früheren Rechtsvorgänger der heutigen Power Conversion Deutschland, welche die Hauptstromversorgungen des SIS18 errichtet hatte - hat General Electric (GE) Power Conversion Deutschland das Knowhow für solche extremen Anforderungen erhalten und ausgebaut. Bereits im Rahmen des Upgrade-Projekts für den bestehenden Ringbeschleuniger SIS18 konnte Power Conversion Deutschland seine Fähigkeiten unter Beweis stellen und alle spezifizierten Anforderungen erreichen. Deshalb war es naheliegend, auch den Auftrag für die Errichtung der SIS100 Hauptstromversorgungen an Power Conversion Deutschland in Berlin zu vergeben. Damit fördern GSI und das FAIR Projekt den Erhalt von herausragendem ingenieurwissenschaftlichem Knowhow in der deutschen Industrie und sichern zukunftsfähige Arbeitsplätze.

Dies zahlt sich nun bei der Entwicklung der weltweit ersten kommerziellen Fusionsanlage aus, die in der Nähe von Boston in den USA gebaut wird. Commonwealth Fusion Systems (CFS) ist das weltweit führende Unternehmen für Fusionstechnologie und baut derzeit eine Tokamak-Fusionsanlage mit dem Namen „SPARC“. Ein Tokamak ist eine donutförmige Anlage, in der Fusionsplasmen durch ein starkes Magnetfeld eingeschlossen werden. Tokamaks gelten als am besten positioniert für den schnellen Weg zu kommerziell nutzbarer Fusionsenergie. Im Jahr 2021 demonstrierte CFS in Zusammenarbeit mit dem Massachusetts Institute of Technology erfolgreich einen revolutionären 20-Tesla-HTS-Magneten, der in „SPARC“ zum Einsatz kommen wird. An die Stromversorgungen für die zahlreichen Magnetsysteme des Tokamaks werden ähnliche Anforderungen gestellt wie an die SIS100-Hauptstromversorgungen.

Mit Referenz auf die bei Power Conversion Deutschland in Berlin vorhandene Expertise konnte Power Conversion North America den Wettbewerb um den Auftrag der Stromversorgungen des Fusionsexperiments gewinnen. Vor einiger Zeit besuchten daher Power Conversion Deutschland, Power Conversion North America und Commonwealth Fusion Systems USA das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, um das FAIR Projekt kennenzulernen, das „SPARC“-Projekt vorzustellen und sich über Details der Netzgerätetechnologien mit dem Subprojekt SIS100/SIS18 und der Fachgruppe Electrical Power Systems (EPS) auszutauschen. (BP)

Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Peter Armbruster

* 25.7.1931         † 26.6.2024 

der im Alter von 92 Jahren verstorben ist.

Peter Armbruster hat in seinem langen und erfüllten Forscherleben Bahnbrechendes geschaffen und erreicht. Dies gilt insbesondere für sein Wirken für und bei GSI, wo er von 1971 bis 1996 als leitender Wissenschaftler und langjähriges Mitglied des Wissenschaftlichen Direktoriums tätig war. Seine Hauptforschungsgebiete waren die Kernspaltung, Atomphysik sowie die Wechselwirkung schwerer Ionen in Materie. Als Initiator des Forschungsprogramms zur Synthese und Untersuchung der Superschweren Elemente bei GSI gelangen ihm und seinem Forschungsteam die Entdeckung der chemischen Elemente 107 – Bohrium, 108 – Hassium, 109 – Meitnerium, 110 – Darmstadtium, 111 – Roentgenium und 112 – Copernicium. Diese Ergebnisse haben entscheidend zum wissenschaftlichen Renommee und auch zur Bekanntheit von GSI über die Fachwelt hinaus beigetragen. Ebenso war er Mitentdecker der Protonen-Radioaktivität im Jahr 1982. Seit 1984 lehrte er als Professor an der Technischen Hochschule Darmstadt (heute Technische Universität Darmstadt). Von 1989 bis 1992 war er Forschungsdirektor am Europäischen Institut Laue-Langevin in Grenoble (Frankreich). Anschließend, zurück bei GSI, erzielte er mit dem Fragmentseparator FRS herausragende Erfolge bei der Erzeugung und Untersuchung von neutronenreichen Isotopen mittels Kernspaltung im Fluge und zeichnete damit den Weg für die Weiterentwicklung dieser Methoden an FAIR vor. Durch den Aufbau zahlreicher Forschungskooperationen hat er wesentlich zur Internationalisierung der GSI-Forschung beigetragen.

Für seine wissenschaftlichen Verdienste erhielt er viele hochrangige Auszeichnungen im In- und Ausland, u.a. den Max-Born-Preis des britischen Institute of Physics und der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (1988), die Stern-Gerlach-Medaille der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (1997), den Glenn T. Seaborg Award for Nuclear Chemistry der American Chemical Society (1997) und den Lise-Meitner-Preis der European Physical Society (2000). Darüber wurde er mit dem Bundesverdienstkreuz 1. Klasse, dem Hessischen Verdienstorden sowie der Johann-Heinrich-Merck-Medaille ausgezeichnet.

GSI und FAIR nehmen mit größter Dankbarkeit und Hochachtung Abschied von ihrem ehemaligen Bereichsleiter und überragenden Wissenschaftler Peter Armbruster.

Geschäftsführung, Betriebsrat und Belegschaft von GSI und FAIR

Das Modul besteht aus insgesamt vier supraleitenden Hochfrequenzkavitäten und zwei ebenfalls supraleitenden Hochfeld-Solenoid-Linsen. Für den Zusammenbau mussten die Beschleunigerkavitäten bei fast vollständiger Abwesenheit von störenden Partikeln zu einem kompletten sogenannte „Beschleuniger-String“ zusammengeführt werden. Dazu nutzten die Wissenschaftler*innen den hochreinen Reinraum der ISO-Klasse 4 des HIM (ähnlich zu Räumen, die für die Herstellung von Computerchips verwendet werden) und eine spezielle Fertigungsstraße für den Ein- und Ausschleusevorgang. Anschließend wurde dieser String zu einem kompletten Kryomodul zusammengesetzt.

Im Sommer 2023 wurde das knapp acht Tonnen schwere voll bestückte Modul mit einem Spezialtransporter von Mainz nach Darmstadt zu GSI/FAIR gebracht. Es folgten der Aufbau und die Integration des Kryomoduls und die Anbindung an die lokale Flüssig-Helium-Kryoversorgung. Nach erfolgreicher Kaltfahrprozedur konnten die einzelnen supraleitenden Beschleunigungskavitäten mit der neu errichteten Hochfrequenz-Leistungsversorgung in Betrieb gehen.

Im Dezember 2023 war es dann soweit: Nach fünfjähriger Entwicklungs-, Bau- und Inbetriebnahmezeit wurde im HELIAC-Kryomodul 1 erstmals Heliumstrahl vom GSI-Hochladungsinjektor auf eine Strahlenergie von ca. 6.2 Millionen Elektronvolt stabil und mit guter Transmission beschleunigt. Die zur Beschleunigung schwerer Ionen benötigten (bis zu dreifach höheren) Beschleunigungsgradienten stehen ebenfalls zur Verfügung und wurden kürzlich zur Beschleunigung von Argonstrahl auch bereits erfolgreich verwendet. Außerdem konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, mit diesem Kryomodul die Strahlenergie über einen weiteren Bereich zu variieren, ohne dabei Teilchen zu verlieren. Dies ist ein erheblicher Vorteil des an der Universität Frankfurt entwickelten teilchendynamischen Konzepts, welches hier erstmals zur praktischen Anwendung kommt.

Der vorgeschlagene HELIAC, bei dem bis zu vier solcher Module Verwendung finden sollen, wird zukünftig Schwerionenstrahlen auf bis zu 10% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Die zur Teilchenbeschleunigung benötigte Energie wird durch den Einsatz der Supraleitung gegenüber konventionellen Beschleunigern um bis zu 90% reduziert. Die neuentwickelten Kryomodule tragen somit in erheblichem Umfang zur Energieeinsparung und damit zur CO₂-Reduktion bei.

Nach Genehmigung, Finanzierungszusage und Implementierung des HELIAC-Projektes stehen die vollständig montierten und getesteten Module dann zukünftig den Wissenschaftler*innen zur Verfügung, um mit Dauerstrich-Schwerionenteilchenstrahl höchster Intensität u.a. kernphysikalische, kernchemische und materialwissenschaftliche Experimente durchzuführen.

Zu dem Erfolg haben insbesondere die Mitarbeitenden der GSI/FAIR-Abteilung Linearbeschleuniger und der Sektion ACID 1 des HIM, aber auch der weiteren beteiligten GSI/FAIR-Fachabteilungen, beigetragen.

Die hier beschriebene HELIAC-Prototypphase wird durch die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren, das Bundesministerium für Bildung und Forschung und die Europäische Union (Europäischer Fonds für Regionale Entwicklung) finanziell unterstützt und gefördert. (CP)

Das Engagement und das Fachwissen von Joachim Stroth und Pavel Tlusty waren in den letzten Jahren sehr wertvoll für den anhaltenden Erfolg und den Fortschritt des HADES-Projekts. Die bevorstehenden Experimente in ihrer nächsten Amtszeit werden neues Licht auf das Phasendiagramm der QCD-Materie werfen und tiefere Einblicke in die Eigenschaften und das Verhalten von stark wechselwirkenden Teilchen unter extremen Bedingungen ermöglichen.

Der HADES-Detektor ist ein vielseitiges Fixed-Target-Kollisionsexperiment, das mit Ionenstrahlen von einigen GeV betrieben wird, die vom Synchrotron SIS18 geliefert werden. Es untersucht Systeme, die in solchen Kollisionen beim Einfrieren entstehen und die durch die höchsten baryon-chemischen Potenziale und mittlere Temperaturen gekennzeichnet sind. Es wird erwartet, dass sich ähnliche Eigenschaften von Materie in verschmelzenden Neutronensternen bilden. Niederenergetische Schwerionenkollisionen sind daher gut zur Untersuchung der mikroskopischen und makroskopischen Eigenschaften solcher Materie geeignet. Darüber hinaus kann HADES mit Protonen- oder sekundären Pionenstrahlen betrieben werden, um die Eigenschaften hadronischer Resonanzen zu untersuchen und Referenzmessungen für Schwerionenkollisionen zu liefern. Kürzlich wurde HADES auch für die Analyse von Gold-auf-Gold- und Kohlenstoff-auf-Kohlenstoff-Kollisionen bei kinetischen Strahlenergien von 0,8A GeV und darunter eingerichtet. Diese Messungen werden das Phasendiagramm der QCD-Materie auf noch höhere baryon-chemische Potenziale ausdehnen und damit weitere Einschränkungen der Zustandsgleichung dichter baryonischer Materie bieten und möglicherweise zur Entdeckung weiterer Phasenübergänge führen.

Unter der Leitung und mit dem Engagement von Joachim Stroth und Pavel Tlusty wird die HADES-Kollaboration die Forschungsziele in Richtung FAIR weiter vorantreiben. In den nächsten Jahren wird der Bau des SIS100-Beschleunigers und des CBM-Experiments die Untersuchung von Schwerionenkollisionen im Energiebereich von 2,7 bis 4,9 GeV mit bisher unerreichter Präzision ermöglichen. Die Physikprogramme der Experimente HADES und CBM werden sich gegenseitig ergänzen. (LW)

Nominiert wurde das Team um Dmitry Budker, zu dem auch Dr. Danila Barskiy and Dr. James Eills gehören, für die Forschung auf dem Gebiet der Kernspinresonanz (nuclear magnetic resonance; NMR). Sie wird üblicherweise in starken Magnetfeldern durchgeführt, um die Auflösung und Empfindlichkeit zu erhöhen. Die „Mauer“ der Notwendigkeit eines Magnets für die NMR ist „gefallen“: Professor Budker und seine Kolleg*innen haben die Null-Feld-NMR entwickelt, bei der die Messungen ohne Magnetfeld durchgeführt werden. Diese leichter zugängliche Art der NMR eröffnet neue Möglichkeiten in einem breiten Spektrum von Bereichen: Bei der Suche nach dunkler Materie, bei der Beobachtung chemischer Reaktionen durch Metallwände hindurch und bei der Überwachung der Wirksamkeit von Krebstherapien.

Dmitry Budker, 1963 in Russland geboren, studierte an der Novosibirsk State University, UdSSR, Physik und schloss sein Diplom mit Auszeichnung ab. Im Jahr 1993 wurde er an der University of California in Berkeley, USA, promoviert. Nach einer zweijährigen Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter wurde er 1995 Juniorprofessor, 2001 Außerordentlicher Professor und 2005 schließlich Professor für Physik an der University of California. Budker war ebenfalls Mitglied der Nuclear Science Division am Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) in Berkeley, USA. Im Jahr 2014 wurde Dmitry Budker zum Universitätsprofessor für Experimentelle Atomphysik an die Johannes Gutenberg-Universität Mainz berufen. Die Professur wurde am Helmholtz-Institut Mainz (HIM) eingerichtet. Dmitry Budker erforscht mit seiner Arbeitsgruppe fundamentale Wechselwirkungen und Symmetrien.

Um extremes UV-Licht geht es in der Nominierung von Dr. Jan Rothhardt. Es bietet faszinierende Möglichkeiten für die Mikroskopie im Nanobereich, war aber bisher auf große Lichtquellen beschränkt. Rothhardt entwickelte daher eine neue Alternative auf der Grundlage von Lasern und fortschrittlicher rechnergestützter Bildgebung als kompaktes tragbares Gerät. Dieser „Breakthrough“ ermöglicht völlig neue Einblicke, einschließlich der Kartierung der chemischen Zusammensetzung von Proben im Nanobereich, und wird sich auf viele Bereiche auswirken – von energieeffizienter Elektronik bis hin zur Medizin.

Jan Rothhardt studierte Physik an der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU) und erwarb dort im Jahr 2010 seine Promotion mit summa cum laude für seine Arbeit über Hochleistungs-Ultrakurzpulslaser. Während seiner Ausbildung verbrachte er Zeit als Gastwissenschaftler am Centre d’études lasers intenses et applications (CELIA), Bordeaux, Frankreich, und an der University of Stellenbosch, Südafrika. Er setzte seine Arbeit als Postdoc an der FSU sowie am Commissariat à l’énergie atomique et aux energies alternatives (CEA) in Saclay, Frankreich, bis 2012 fort, wo er an das HI Jena wechselte. Seit 2014 leitet er eine Junior-Forschungsgruppe über „Weiche Röntgenspektroskopie und -mikroskopie“. Seiner Habilitation folgend, wurde er im Jahr 2023 Privatdozent an der FSU.

Der Falling Walls Science Summit ist ein führendes Forum für globale Wissenschaftsführer mit Schwerpunkt auf wissenschaftlichen Durchbrüchen. Der Gipfel findet jedes Jahr vom 7. bis 9. November, dem Jahrestag des Falls der Berliner Mauer, in Berlin statt, so auch 2024, dem Jahr des 35. Mauerfall-Jubiläums. Der ganzheitliche Ansatz des internationalen, interdisziplinären und sektorübergreifenden Diskurses ist weltweit einzigartig und zieht führende Forschende, CTOs, Wissenschaftsstrateg*innen, Wissenschaftsfördernde und Medien an. Die Falling Walls Science Breakthroughs of the Year werden von Weltklasseforschenden präsentiert und von einer strengen und angesehenen Jury in zehn Kategorien aus über tausend Nominierungen aus der ganzen Welt vergeben. (CP)

Weitere Informationen

• Arbeitsgruppe von Professor Dmitry Budker
• Arbeitsgruppe von Dr. Jan Rothhardt
• Falling Walls Summit 2024

Zeitraffer-Video FAIR-Baustelle von 2018 bis 2024

Der Green IT Cube ist ein besonders energieeffizientes Rechenzentrum. Der Energieaufwand für die Kühlung der Computer ist im Vergleich zu herkömmlichen Rechenzentren sehr gering, da die Rechner mit einem innovativen Luft-Wasser-Verfahren gekühlt werden. Der Energieaufwand für die Kühlung entspricht 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 effektive Kühlverfahren ermöglicht es, die Rechner im Green IT Cube platzsparend unterzubringen. In einem 27 x 30 x 22 Kubikmeter großen würfelförmigen Gebäude können insgesamt 768 Rechnerschränke in sechs Stockwerken dicht an dicht angeordnet werden. Zurzeit sind drei 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/FAIR-Campus ein modernes Büro- und Kantinengebäude beheizt.

Für die Rezertifizierung mussten die IT-Expert*innen bei GSI/FAIR einige neue Kriterien erfüllen: Ausgedientes IT-Equipment darf beispielsweise nicht mehr verschrottet werden, sondern muss an einen Wiederaufbereitungsdienst gegeben werden. Das gesamte Data Center muss zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien versorgt werden. Für jeden individuellen Server müssen CPU- und Speicherauslastung erfasst und zur Verfügung gestellt werden. Zur Erweiterung des Monitorings wurde eine Energiemessung vor den Transformatoren nachgerüstet. Alle Messkonzepte und auch ein Energiemanagementsystem werden bereitgestellt. Nachdem all diese Auflagen erfüllt waren, stand dem Blauen Engel am Green IT Cube nichts mehr im Weg.

Forschende nutzen 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. Dafür wird der Green IT Cube langfristig bedarfsgerecht mit Rechnersystemen bestückt werden, die den Anforderungen der Wissenschaftler*innen bezüglich Rechenleistung, Speicherkapazität und Zugriffsgeschwindigkeit gerecht werden.

Zusätzlich wurde der Green IT Cube zu einem IT-Reallabor namens Digital Open Lab ausgebaut. Darüber werden Forschungs- und Entwicklungsprojekte, unter anderem zum nachhaltigeren Betrieb von Rechenzentren und auch gemeinsam mit Industriepartnern, durchgeführt. Ebenfalls besteht für Partner aus dem wissenschaftlichen Umfeld die Möglichkeit, den Rechenzentrumsplatz für die eigene Forschungsarbeit zu verwenden.

Der Blaue Engel ist seit über 45 Jahren das Umweltzeichen der Bundesregierung. Er kennzeichnet umweltschonende Produkte und Dienstleistungen. Es sind mehr als 30.000 Produkte und Dienstleistungen von über 1.600 Unternehmen mit dem Blauen Engel ausgezeichnet, jedoch zum aktuellen Zeitpunkt nur vier Rechenzentren, eins davon der Green IT Cube. (CP)

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• Kategorie Rechenzentren beim Blauen Engel
• Der Green IT Cubebei GSI/FAIR

Reinhard Kulessa unterstützte schon früh die Entwicklung der neuen Beschleunigerinfrastruktur FAIR und förderte die Beteiligung polnischer Wissenschaftler*innen und Institutionen an diesem neuen Projekt, insbesondere als Mitautor des Super-FRS-Antrags für FAIR. Im Jahr 2005 wurde Reinhard Kulessa der polnische Vertreter im internationalen FAIR-Lenkungsausschuss und unterzeichnete die FAIR-Vereinbarung vor vielen anderen teilnehmenden Ländern. Seine Rolle bei der Gründung von FAIR und der polnischen Beteiligung daran war bedeutend.

Wir sind dankbar für seinen unermüdlichen Einsatz zur Förderung der Zusammenarbeit zwischen den Ländern und Institutionen, und dank ihm sind die wissenschaftlichen Kontakte mit der Jagiellonen-Universität bis heute hervorragend. (CP)

Begrüßt wurde er durch die Leitung von GSI und FAIR: von Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer, Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer, und Markus Jaeger, Stellvertretender Administrativer Geschäftsführer, sowie dem Pressesprecher Dr. Ingo Peter. Minister Gremmels zeigte sich beeindruckt: „Es ist faszinierend zu sehen, wie hier Spitzenforschung betrieben wird und das internationale Beschleunigerzentrum FAIR Gestalt annimmt.“

FAIR verspricht nicht nur zukunftsweisende wissenschaftliche Erkenntnisse, sondern ist auch ein Anziehungspunkt für hochqualifizierte Fachkräfte. Minister Gremmels betonte die Bedeutung von GSI und FAIR für Hessen: „GSI/FAIR sind nicht nur internationale Aushängeschilder für die Forschung, sondern tragen auch entscheidend bei zur Stärkung Hessens als Spitzenstandort für Forschung- und Innovation.“

FAIR wird in der Lage sein, extreme Materiezustände, wie sie sonst nur in Neutronensternen, Supernovae, Sternen oder großen Gasplaneten vorkommen, im Labor zu erzeugen und zu untersuchen. Bei der Rundfahrt über die Baustelle besichtigen die Gäste die einzelnen Bauabschnitte aus nächster Nähe. Auf dem Programm standen der unterirdische Beschleuniger-Ringtunnel SIS100, das zentrale Bauwerk für die Strahlführung und -verteilung (Kreuzungsbauwerk) und die Gebäude für die FAIR-Experimentierplätze. Beeindruckt zeigten sie sich von den ersten Beschleunigerkomponenten, die bereits im Tunnel installiert sind, sowie von den Perspektiven, die sich mit dem Fortschritt des FAIR-Projekts eröffnen.

Auf dem Campus der GSI und des FAIR konnten sich die Gäste ein Bild von den wissenschaftlichen Erfolgen machen. Sie besichtigten den Detektor HADES (High-Acceptance Di-Electron Spectrometer), der zur Untersuchung hochenergetischer Kern-Kern-Kollisionen dient und ein besseres Verständnis der Eigenschaften heißer, hochkomprimierter Kernmaterie ermöglicht, wie sie im Universum beispielsweise bei der Kollision von Neutronensternen entsteht. Außerdem besuchten sie die Laseranlage PHELIX (Petawatt High-Energy Laser for Ion Experiments), die zu den leistungsstärksten Lasern der Welt zählt. Eine potenzielle Anwendung von PHELIX besteht darin, die Bedingungen für eine stabilere Wechselwirkung zwischen Laser und Plasma zu optimieren, wie sie für die Realisierung der Trägheitsfusion erforderlich ist.

Die meisten für den menschlichen Gebrauch zugelassenen Impfstoffe enthalten entweder abgeschwächte Lebend- oder inaktivierte Viren (z.B. Influenza); neuere Ansätze basieren auf subzellulären Komponenten der Infektionserreger oder auf der genetischen Information, die für diese Antigene kodiert, etwa Vektor- oder mRNA-Impfstoffe. Um neue Impfstoffe zu entwickeln, benötigen Forschende Methoden, die zwar das Virus inaktivieren, seine Struktur – insbesondere die für die Immunantwort entscheidende Virushülle – aber möglichst wenig beschädigen. Bisher wird die Inaktivierung von Viren für die Impfstoffentwicklung mit konventioneller Gamma-Strahlung durchgeführt. Der Einsatz hoher Gammastrahlendosen führt jedoch zu einer Zerstörung von Oberflächenstrukturen, was die Fähigkeit zur Induktion einer adaptiven Immunantwort beeinträchtigen kann. Hier setzt das neue Projekt von GSI und HZI an.

Ziel war es, Influenza-Viren mit hochenergetischen Schwerionen zu bestrahlen. Energetische Ionen sind in der Lage, das Virus zu inaktivieren, indem sie mit nur wenigen Durchgängen in der Hülle Brüche in der viralen RNA induzieren und zugleich die Membranschäden minimieren und so die Oberflächenstrukturen schonen. Im Experiment an den Beschleunigeranlagen von GSI/FAIR wurde ein Influenza-Virus mit dem Eisenisotop Fe-56 bestrahlt, das bei 1 GeV/n am SIS18-Synchrotron beschleunigt wurde. Auf der Grundlage der resultierenden Viren stellte das HZI einen mit Schwerionen inaktivierten Grippeimpfstoff her und untersuchte ihn auf seine Fähigkeit hin, die Bildung von virusbindenden und neutralisierenden Antikörpern nach der Impfung zu fördern.

Dabei konnten die Forschenden feststellen, dass die Immunisierung von Mäusen mit dem inaktivierten Virus starke, antigen-spezifische zelluläre und humorale Immunantworten auslöste. Diese vielversprechenden Ergebnisse legen nahe, dass Schwerionenstrahlen eine innovative und effektive Methode zur Inaktivierung von Viren und zur Entwicklung wirksamerer Impfstoffe darstellen könnten.

Das Projekt wurde teilweise durch die Helmholtz-Förderung aus dem Innovationspool des Forschungsbereichs Materie unterstützt und im Rahmen der Experimentierzeit FAIR-Phase 0 von der GSI-Abteilung Biophysik unter der Leitung von Professor Marco Durante und HZI-Forschenden der Abteilung Vakzinologie und angewandte Mikrobiologie unter Leitung von Professor Carlos A. Guzmán umgesetzt. Professor Durante zeigte sich erfreut über die wegweisenden Ergebnisse: „Es ist ein sehr innovativer Ansatz und ein hervorragendes Beispiel für die gute und fruchtbare Zusammenarbeit in der Helmholtz-Gemeinschaft. Die Erkenntnisse dieser Forschung könnten die Grundlage für zukünftige Impfstoffentwicklungen bilden und dazu beitragen, auf zukünftige Pandemien besser vorbereitet zu sein.“ (BP)

Forschende am European XFEL in Schenefeld bei Hamburg haben die Bildung von Kristallisationskeimen in unterkühlten Flüssigkeiten unter die Lupe genommen. Die Entstehung erster Kristalle setzt demnach deutlich später ein als bislang vermutet. Die Erkenntnisse könnten helfen, die Eisbildung in Wolken besser zu verstehen sowie manche Vorgänge im Inneren der Erde exakter zu beschreiben. Auch Wissenschaftler*innen von GSI/FAIR waren beteiligt an den Experimenten, deren Ergebnisse nun im Fachjournal Physical Review Letters veröffentlicht wurden.

Jedes Kind weiß, dass Wasser zu Eis gefriert, wenn es kalt wird und die Temperatur unter den Gefrierpunkt sinkt. Bei Wasser ist das normalerweise Null Grad Celsius. Das ist ein Fixpunkt der bei uns gebräuchlichen Celsius-Temperaturskala.

Der Übergang von der flüssigen zur festen Phase ist allerdings ein sehr komplexer Prozess und kann auf atomarer Ebene nur schwer experimentell untersuchen werden. Ein Grund dafür ist, dass die ersten Kristalle nach dem Zufallsprinzip entstehen: Man weiß nicht, wann und wo genau es passieren wird. Zudem kann sich eine Flüssigkeit noch lange in einem metastabilen Zustand befinden: Sie bleibt flüssig, obwohl sie so kalt ist, dass sie eigentlich gefrieren und fest werden sollte. Das macht es außerordentlich schwer, den richtigen Moment abzupassen, in dem sich in einem vorgegebenen Volumen ein Kristall bildet, und dessen Entstehung dann genau unter die Lupe zu nehmen.

Diese Effekte haben in der Natur aber eine große Relevanz. Sie spielen beispielsweise bei der Eisbildung in Wolken eine entscheidende Rolle oder bei Vorgängen im Inneren der Erde.

Mit den intensiven Röntgenblitzen des Freien-Elektronen-Röntgenlasers des European XFEL ist es einem internationalen Forscherteam am European XFEL in Schenefeld bei Hamburg nun gelungen, die Keimbildung unterkühlter Flüssigkeiten genau zu vermessen. Damit das Röntgenlicht nicht mit den Molekülen der Luft wechselwirkt, was die Experimente stören würde, finden die Versuche im Vakuum statt. Und da Wasser aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften eine der kompliziertesten Flüssigkeiten ist, verwendeten die Forschenden für ihre Versuche Argon respektive Krypton in flüssiger Form. Auch, weil derzeit nur für diese unterkühlten Edelgase zuverlässige theoretische Vorhersagen möglich sind.

Explizit untersuchten die Forschenden die sogenannte Kristallkeimbildungsrate J(T). Das ist ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, dass sich in einer gewissen Zeit in einem gewissen Raumvolumen ein Kristall bildet. Die Rate, wie schnell das passiert, ist eine wichtige Größe, beispielsweise um in Modellen reale Prozesse mathematisch beschreiben zu können – in der Wettervorhersage beispielsweise oder in Klimamodellen.

Da die Messung realer Kristallbildung so schwierig ist, wird oft auf Simulationen zurückgegriffen. Die sind jedoch mit großen Unsicherheiten verbunden. Beispielsweise können die für Wasser simulierten Keimbildungsraten um einige Größenordnungen von den experimentell gemessenen abweichen, was die Modelle ungenau macht.

Der Röntgenlaser European XFEL ist jetzt wie geschaffen für Untersuchungen dieser Art: Mit Hilfe seiner intensiven Röntgenblitze können Forschende die oft sehr raschen Veränderungen bei der Entwicklung des Kristallisationsprozesses in Flüssigkeiten untersuchen.

Für ihre Experimente hat das Team die MID-Experimentierstation (MID = Materials Imaging and Dynamics) gewählt. Dort beschossen sie die Flüssigkeitsjets aus Argon respektive Krypton mit Röntgenpulsen, die eine Energie von 9,7 Kiloelektronenvolt (keV) hatten. Jeder Röntgenpuls dauerte weniger als 25 Femtosekunden – eine Femtosekunde entspricht dabei dem billiardstel Teil einer Sekunde. Zur Veranschaulichung: Licht legt in dieser Zeit weniger als einen Millimeter zurück.

Das intensive Röntgenlicht lenkten die Experimentierenden auf den nur 3,5 Mikrometer dünnen Flüssigkeitsstrahl, wobei die Messfläche einen Durchmesser von weniger als ein Mikrometer hatte. Insgesamt nahm das Team mehrere Millionen Beugungsbilder auf, um auf eine ausreichende Statistik zu kommen und die Rate der Bildung von Kristallen ausreichend genau bestimmen zu können.

Demnach sind die Kristallkeimbildungsraten viel kleiner als die auf der Grundlage von Simulationen vorhergesagten. „Die Untersuchung verspricht, unser Verständnis der Kristallisation deutlich zu erweitern“, sagt Johannes Möller von der European XFEL, Experimentierstation MID. „Die Ergebnisse zeigen, dass die vielfach genutzte klassische Theorie der Entstehung von Kristallen aus der flüssigen Phase deutlich von der Realität abweicht“, erläutert Möller.

„Wir gehen davon aus, dass unser Ansatz es erstmals ermöglichen wird, verschiedene Erweiterungen der klassischen Theorie zur Vorhersage der Kristallisation zu testen“, ergänzt Robert Grisenti von GSI/FAIR, einer der Hauptautoren der Studie. „Unsere Erkenntnisse helfen den Theoretikern, künftig noch bessere Modelle zu entwickeln.“ (CP)

Weitere Informationen

• Wissenschaftliche Veröffentlichung in Physical Review Letters
• Pressemitteilung von European XFEL

Die Physikerin Anna Alicke wurde für ihre Arbeit mit dem Titel "Development of fast track finding algorithms for densely packed straw tube trackers and its application to Ξ hyperon reconstruction for the PANDA experiment" geehrt. Im Rahmen ihrer Arbeit entwickelte sie zwei neue Tracking-Algorithmen und kombinierte diese primären und sekundären Tracker, um höchste Effizienz zu erreichen, welche bei Reaktionen mit mehreren sekundären Vertices getestet wurde. Doch der Algorithmus kann auch für andere dicht gepackte Straw-Tube-Detektoren verwendet werden. 

Die PANDA-Kollaboration vergibt den PhD-Preis seit 2013 einmal im Jahr, um die beste Dissertation auszuzeichnen, die im Zusammenhang mit dem PANDA-Experiment verfasst wurde. Die Kandidaten für den PhD-Preis werden von ihren Doktorvätern oder -müttern nominiert. Neben einem direkten Bezug zum PANDA-Experiment müssen die Dissertationen der Nominierten mit "sehr gut" oder besser bewertet worden sein. Bis zu drei Kandidat*innen werden für den Preis nominiert und können ihre Dissertationen bei einem Treffen der PANDA-Kollaboration präsentieren. Der Gewinner*innen wird von einem eigens für diese Aufgabe von der PANDA-Kollaboration ernannten Ausschuss ausgewählt. (LW)

Für Astronaut*innen in Langzeitmissionen sind sowohl die Weltraumstrahlung als auch die Schwerelosigkeit eine potentielle Bedrohung für ihre Gesundheit und Leistungsfähigkeit, denn beide Konditionen können zu Veränderungen der neuronalen Netzwerke im Gehirn und zu kognitiven Einschränkungen führen, wie sie ähnlich auch bei Patient*innen mit Depressionen und anderen neuropsychologischen Erkrankungen auftreten. Um die Veränderungen im Gehirn unter Schwerelosigkeit und Weltraumstrahlung zu untersuchen, nutzen Forschende der Abteilung Biophysik von GSI/FAIR Gehirnorganoide, um sie unter simulierten Weltraumbedingungen zu testen. Diese Organoide werden aus menschlichen Stammzellen hergestellt und können, obwohl sie kein vollständig ausgebildetes Gehirn darstellen, dennoch die Architektur und spezifische Funktion des Gehirns in Teilen nachahmen und sind somit ein wertvolles Forschungsmodell.

„Die Mission dient dem ersten Erkenntnisgewinn nach kurzer Zeit in realer Mikrogravitation, bei der bereits einige Veränderungen der Genexpression der Gehirnorganoide in der Schwerelosigkeit erwartet werden. Wir haben darüber hinaus wertvolle Erfahrungen hinsichtlich der Kultivierung, des Ablaufs und der Logistik, die einem solchen Experiment zugrunde liegen, gemacht,“ sagt Dr. Schroeder. Denn die komplexen Organoide überstanden den Transport nach Schweden, den Raketenflug und die anschließende Bergung mit Bravour und werden derzeit auf zelluläre Veränderungen untersucht.

Die zum Gelingen notwendige Infrastruktur wurde in Kooperation mit der Abteilung Gravitationsbiologie unter Privatdozentin Dr. Ruth Hemmersbach und Dr. Christian Liemersdorf und den Ingenieur*innen Sebastian Feles und Ilse Holbeck vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin des DLR entwickelt. In Zukunft sollen die Gehirnorganoide möglichst in einem Langzeitexperiment auf der Internationen Weltraumstation ISS weitere Erkenntnisse zur Veränderung des Gehirns unter realen Weltraumbedingungen liefern. Dazu werden, in Kollaboration mit ProfessorDr. Sherif El Sheikh von der Technischen Hochschule Köln auch neuartige Substanzen getestet, die das neuronale Netzwerk des Gehirns schützen sollen. Diese Erkenntnisse können nicht nur zukünftigen Astronaut*innen helfen, sondern auch Patient*innen, die unter Depressionen oder anderen neuropsychologischen Erkrankungen leiden. (CP)

Nackte Protonen und Neutronen haben Ladungen von +1 bzw. 0. In den meisten theoretischen Modellen des Atomkerns müssen jedoch stattdessen empirisch ermittelte effektive Nukleonenladungen verwendet werden, um elektromagnetische Übergangswahrscheinlichkeiten zu berechnen. Der Grund: Aufgrund von Berechnungsbeschränkungen kann oft nur eine begrenzte Anzahl von Teilchen berücksichtigt werden, anstatt für jedes von ihnen den Einfluss aller anderen Protonen und Neutronen im interessierenden Kern explizit zu behandeln.

Bereits vor fast fünfzig Jahren wurde vorhergesagt, dass diese effektiven Ladungen vom Isospin abhängen, das heißt, von der relativen Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern. Die aktuelle Arbeit liefert den ersten eindeutigen Beweis für eine solche Abhängigkeit auf der Grundlage neuer experimenteller Daten für die beiden semi-magischen Cadmium-Kerne ⁹⁸Cd und ¹³⁰Cd. Diese Kerne umfassen die gesamte Hauptneutronenschale N = 50-82, die von N≈Z bis zur sehr neutronenreichen Seite der Nuklidkarte reicht, und weisen angeregte Zustände von außergewöhnlich reiner Struktur auf. Sie bieten daher das sauberste Labor, das experimentell für eine solche Untersuchung zugänglich ist.

Durchgeführt wurde das Experiment an der Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) des RIKEN Nishina Centers in Japan. Die neutronenreichen Cadmium-Kerne wurden durch Projektilspaltung von Uran-Kernen an einem Beryllium-Target produziert und durch den BigRIPS-Separator identifiziert. Die im Zerfall von isomeren Zuständen emittierte Gammastrahlung wurde im EURICA-Detektoraufbau nachgewiesen. EURICA bestand aus europäischen hochauflösenden Ge Detektoren, welche zu der Zeit an das RIBF verliehen waren und momentan während FAIR-Phase 0 in DESPEC-Experimenten benutzt werden.

Das Ergebnis des Experiments, nämlich die empirische Parametrisierung der Isospin-Abhängigkeit der effektiven Ladungen, wird die Zuverlässigkeit der theoretischen Vorhersagen für den schweren neutronenreichen Bereich der Nuklidkarte, für den es nur wenige experimentelle Informationen gibt, erheblich verbessern. (CP)

Weitere Informationen

• Wissenschaftliche Veröffentlichung bei Physical Review Letters.

Zbigniew Majka war ein renommierter Wissenschaftler, eine führende Persönlichkeit der Kernphysik, und ordentlicher Professor an der Fakultät für Physik, Astronomie und angewandte Informatik der Jagiellonen-Universität in Krakau, Polen.

Er begann sein Engagement für FAIR bereits viele Jahre vor dem offiziellen Start von FAIR und spielte eine wichtige Rolle bei der Konzeption der Anlage. Insbesondere gehörte er zu den Gründern der CBM-Kollaboration, bei der er seit 2002 das Team der Jagiellonen-Universität leitete und die Zusammenarbeit weiterhin unterstützte.

Ab 2007 war Zbigniew Majka Mitglied der Leitung des FAIR-Projekts und verbrachte einige Jahre bei GSI als Mitglied des FAIR Joint Core Teams. Er war maßgeblich an der Vorbereitungsphase des FAIR-Projekts beteiligt und fungierte von 2008 bis zur Gründung der FAIR GmbH im Jahr 2010 als Forschungsleiter im FAIR Joint Core Team.

Seinem Engagement ist es zu verdanken, dass Polen 2010 das FAIR-Übereinkommen unterzeichnete und sich mit mehr als 2% an dem Vorhaben beteiligte. Zbigniew Majka wurde in der Folge als Vertreter des polnischen Gesellschafters Jagiellonian University in FAIR benannt. Von 2010 bis 2023 war er Delegierter im FAIR Council und damit der dienstälteste aller Delegierten im FAIR Council. In dieser Position setzte er sich energisch für FAIR in Polen und Polen in FAIR ein, zum Nutzen von Polen, FAIR und der internationalen Wissenschaft insgesamt.

Zbigniew Majka war auch Vorsitzender des Nationalen Konsortiums FEMTOPHYSICS in Polen, dessen Ziel es ist, die polnische Beteiligung am FAIR-Forschungsprogramm zu organisieren.

Alle Freunde von FAIR und der GSI werden ihn sicherlich vermissen. Unser tiefes Mitgefühl gilt seiner Familie und seinen Freunden. (CP)

„FAIR ist, basierend auf den großen Erfolgen von GSI, eines der größten Forschungsvorhaben weltweit und wird über Jahrzehnte tausenden Wissenschaftler*innen Spitzenforschung ermöglichen. Ich freue mich darauf, an verantwortlicher Stelle für dieses einzigartige Vorhaben tätig zu werden. Insbesondere möchte ich meine langjährigen Erfahrungen in der administrativen Betreuung von öffentlich geförderten Großprojekten einbringen“, sagt Dr. Katharina Stummeyer.

Dr. Katharina Stummeyer studierte Biochemie an der Leibniz Universität Hannover und promovierte am Institut für Zelluläre Chemie der Medizinischen Hochschule Hannover. Danach konnte sie umfangreiche Berufserfahrung im nationalen und internationalen Wissenschaftsmanagement sammeln. Ihr beruflicher Werdegang begann als Forscherin an der Medizinischen Hochschule Hannover auf dem Gebiet der Strukturbiologie.

Im Jahr 2009 wechselte sie als Sachverständige zum Projektträger der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) nach Köln. Dort war sie zunächst mit der Initiierung und Abwicklung nationaler sowie internationaler Forschungsvorhaben im Rahmen der Projektförderung des Bundes betraut. Seit 2013 hatte sie die Leitung des Projektträgers GRS inne. In dieser Funktion verantwortete Dr. Stummeyer die fachliche und administrative Umsetzung von Programmen zur Forschungs- und Innovationsförderung des Bundes. Einen weiteren Tätigkeitsschwerpunkt bildeten die Projektbegleitung und das zuwendungsgeberseitige Controlling öffentlich finanzierter Großprojekte.

Dr. Katharina Stummeyer hat ihre Fachkompetenzen in zahlreiche nationale und internationale Fachgremien zu Themen wie Nachwuchsförderung, Geschlechtergerechtigkeit sowie nukleare Sicherheit eingebracht. Sie bringt viel Erfahrung im Management internationaler Forschungskooperationen mit, war Vorsitzende des Management Boards multilateraler Forschungsprojekte und hat verschiedene Bundesministerien in der internationalen Zusammenarbeit unterstützt und beraten. (IP/BP)

Ziel des Events war es, die Geschichte der besonderen Partnerschaft zwischen Indien und Deutschland hervorzuheben und gleichzeitig die Fortschritte von FAIR zu präsentieren, dem internationalen Beschleunigerzentrum für die Forschung mit Antiprotonen und Ionen, das gerade bei GSI entsteht. Indien war unter den Initiatoren und Vorreitern des FAIR-Projekts und ist der drittgrößte Teilhaber des neuen Labors.

Begrüßt wurden die Teilnehmenden von Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI/FAIR, Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI/FAIR, Dr. Jens Brandenburg, Parlamentarischer Staatssekretär im BMBF, Erik Kurzweil, Auswärtiges Amt, sowie Seiner Exzellenz Botschafter Parvathaneni Harish, Indische Botschaft Berlin. Mit Unterstützung des BMBF konnte die Veranstaltung die bemerkenswerten Errungenschaften und die reiche Vielfalt der indisch-deutschen Zusammenarbeit in mehreren Fachrichtungen sichtbar machen. Verschiedene Exkursionen und Arbeitsgruppen boten Gelegenheit zum intensiven wissenschaftlichen Austausch, der in einer lebendigen Interlinking Session kulminierte, in der die verschiedenen Arbeitsgruppen ihre unterschiedlichen Ausarbeitungen und Schlussfolgerungen austauschten. In einer Posterausstellung konnten die Teilnehmenden sich über gemeinsame indisch-deutsche Projekte und neue Kooperationsmöglichkeiten informieren. Ein Rundgang durch die GSI/FAIR-Anlage vermittelte einen Einblick in die Forschung auf dem Campus und das Potenzial der im Aufbau befindlichen zukünftigen Anlage. In einem „Policy Talk“ schließlich präsentierten Paolo Giubellino und die Repräsentant*innen der Arbeitsgruppen, kommentiert von Staatssekretär Jens Brandenburg und Botschafter Parvathaneni Harish, das Fazit des Austauschs ­ mit Beiträgen von vielen der Teilnehmenden.

„Es ist uns eine Ehre, diese Jubiläumsveranstaltung bei GSI/FAIR auszurichten“, sagte Giubellino. „Indien ist ein grundlegender Partner in unserem wissenschaftlichen Forschungsgebiet, und ein führendes Mitglied des FAIR-Projekts. Indische Universitäten und Forschungseinrichtungen spielen weltweit eine führende Rolle in der Kernphysik, und die starke Zusammenarbeit von sowohl theoretischen als auch experimentellen Physiker*innen aus Indien und Deutschland hat die Grundlage für unser aktuelles Forschungsprogramm gelegt. Wir freuen uns auf viele weitere Jahre der Kooperation. Ich persönlich habe in meiner eigenen Forschung seit über 30 Jahren mit indischen Wissenschaftler*innen zusammengearbeitet, was für mich stets sehr anregend war und eine Basis für meine eigenen Ergebnisse gelegt hat.“

„FAIR stellt ein einzigartiges Zeugnis des gemeinsamen deutsch-indischen Strebens dar, technische Grenzen – hier besonders im Bereich der Beschleunigertechnik – für die wissenschaftliche Forschung zu verschieben. Hierbei ist die Zusammenarbeit zwischen Institutionen und Firmen aus Indien und Deutschland ein entscheidender Erfolgsfaktor, was sich aufgrund der gut entwickelten Beziehungen auch in der Zukunft weiter positiv entwickeln wird“, ergänzte Blaurock. „Die Teilnehmenden sind eingeladen, sich aus erster Hand ein Bild von den innovativen Lösungen für technische Herausforderungen und den gemeinschaftlichen Bemühungen zu machen, die die gemeinsame Zukunft prägen.“ (CP)

Weitere Informationen

• Webseite des BMBF anlässlich des 50-jährigen Jubiläums der wissenschaftlich-technischen Zusammenarbeit mit Indien

Unter der wissenschaftlichen Leitung von Prof. Specht von 1992 bis 1999 wurde an der erweiterten GSI-Beschleunigeranlage UNILAC/SIS/ESR ein überaus reiches wissenschaftliches Programm mit zahlreichen Entdeckungen und Neuentwicklungen durchgeführt.

Professor Specht spielte auch eine wichtige Rolle bei der Etablierung der Tumortherapie mit Kohlenstoff-Ionenstrahlen, basierend auf einer engen Kooperation der GSI mit der Radiologischen Universitätsklinik und dem Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg. Nach erfolgreichen Pilotstudien bei GSI mit ca. 450 Patientenbestrahlungen beteiligte sich GSI in den Folgejahren auch am Bau der ersten Ionenstrahlklinik mit Kohlenstoff-Ionen in Europa, dem Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT.

Während seiner Amtszeit begann auch die Diskussion um die langfristige Zukunft der GSI, die schließlich in den Vorschlag für das internationale Forschungszentrum FAIR mündete.

Mit Professor Specht verliert die Kern- und Teilchenphysik nicht nur eine starke Führungspersönlichkeit, sondern zugleich einen international hochgeachteten Forscher und Universitätslehrer, der herausragende Beiträge auf vielen Gebieten der Kernphysik hinterlässt und eine führende Rolle im Schwerionenprogramm des CERN gespielt hat. Nicht zuletzt war er Mentor für zahlreiche Nachwuchstalente beim Aufbau ihrer eigenen wissenschaftlichen Laufbahn.

Die GSI blickt mit Dank und Respekt auf seine Amtszeit zurück und wird ihm ein ehrendes Andenken bewahren. (JL)

Fusionsprozesse in massereichen Sternen erzeugen Kerne bis hin zu Eisen und Nickel. Darüber hinaus werden die meisten stabilen schweren Kerne, wie Blei und Gold, durch langsame oder schnelle Neutroneneinfangprozesse erzeugt. Für die Produktion der übrigen, neutronenarmen Kerne wurde eine Vielzahl von Nukleosyntheseprozessen vorgeschlagen. Es ist jedoch nach wie vor eine Herausforderung, die großen Mengen an ^92,94Mo, ^96,98Ru und ⁹²Nb im (frühen) Sonnensystem zu erklären.

Der νr-Prozess ermöglicht die gleichzeitige Produktion all dieser Kerne, da Neutrinos eine Reihe von Einfangreaktionen katalysieren. So funktioniert der Prozess: Der νr-Prozess findet in neutronenreichen Ausströmungen astrophysikalischer Explosionen statt, die anfangs, wenn die Temperaturen hoch sind, aus Neutronen und Kernen im Bereich von Eisen und Nickel bestehen. Wenn die Temperatur des Materials sinkt, werden schwerere Kerne aus leichteren Kernen durch eine Abfolge von Neutroneneinfang- und schwachen Wechselwirkungsprozessen erzeugt. Anders als beim schnellen Neutroneneinfangprozess, bei dem die schwachen Reaktionen Betazerfälle sind, handelt es sich beim νr-Prozess jedoch um Neutrino-Absorptionsreaktionen. Sobald die freien Neutronen aufgebraucht sind, werden die in den Kernen gebundenen Neutronen durch weitere Neutrinoabsorptionen in Protonen umgewandelt, wodurch Atomkerne nahe der Beta-Stabilitätslinie und sogar darüber hinaus erzeugt werden. Die Energie der Neutrinos ist groß genug, um Kerne in Zustände anzuregen, die durch die Emission von Neutronen, Protonen und Alphateilchen zerfallen. Die emittierten Teilchen werden von den schweren Kernen eingefangen. Dadurch wird eine Reihe von Einfangreaktionen ausgelöst, katalysiert durch Neutrinos, die die endgültigen Häufigkeiten der durch den νr-Prozess erzeugten Elemente bestimmen. Auf diese Weise können Neutrinos neutronenarme Kerne erzeugen, die sonst unerreichbar sind. "Unsere Entdeckung eröffnet eine neue Möglichkeit, die Entstehung von p-Kernen durch Neutrino-Absorptionsreaktionen mit Kernen zu erklären", sagt Zewei Xiong, Wissenschaftler der GSI/FAIR-Abteilung „Nukleare Astrophysik und Struktur“ und korrespondierender Autor der Publikation.

Offen ist noch die Frage, in welcher Art stellarer Explosion der νr-Prozess auftritt. In ihrer Veröffentlichung schlagen die Autoren vor, dass der νr-Prozess in Material abläuft, das in einer Umgebung mit starken Magnetfeldern ausgestoßen wird, wie z. B. in magneto-rotierenden Supernovae, Kollapsaren oder Magnetaren. Dieser Vorschlag hat Astrophysiker*innen dazu veranlasst, nach den geeigneten Bedingungen zu suchen, und in der Tat wurde in einer ersten Veröffentlichung bereits berichtet, dass magnetisch getriebene Massenauswürfe die notwendigen Bedingungen erreichen.

Der νr-Prozess erfordert die Kenntnis von Neutrinoreaktionen und Neutroneneinfangreaktionen an Kernen, die sich auf beiden Seiten der Beta-Stabilitätslinie befinden. Die Messung der relevanten Reaktionen wird mit den einzigartigen Speicherringkapazitäten der GSI/FAIR-Anlage möglich werden. (LW)

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Original-Publikation: Production of p Nuclei from r-Process Seeds: The νr Process
Zewei Xiong, Gabriel Martínez-Pinedo, Oliver Just, and Andre Sieverding
Phys. Rev. Lett. 132, 192701 – Published 9 May 2024 https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.192701

Prof. Dr. Dr. h.c. Hans Geissel

* 13.5.1950    † 29.4.2024

der im Alter von 73 Jahren verstorben ist.

Hans Geissel war ein enthusiastischer Wissenschaftler und begnadeter Experimentalphysiker, ein steter Quell neuer Forschungsideen, beteiligt an vielen bahnbrechenden Entdeckungen auf dem Gebiet der exotischen Kerne und in anderen Bereichen der Forschung, ausgezeichnet mit zahlreichen Wissenschaftspreisen und Ehrungen, Professor an der Justus-Liebig-Universität Gießen und Ehrendoktor der Chalmers Universität in Göteborg. Er war Betreuer und Mentor mehrerer Generationen junger Forscher*innen und – für die GSI zukunftsweisend – ein wichtiger Vordenker und Wegbereiter des wissenschaftlichen Programms an der internationalen Forschungsanlage FAIR.  Bis zuletzt arbeitete er an zahlreichen Forschungsprojekten.

GSI und FAIR haben einen herausragenden Wissenschaftler und geschätzten Kollegen verloren und nehmen mit großer Dankbarkeit und tiefem Respekt Abschied von Hans Geissel.

Unser tiefes Mitgefühl gilt seiner Familie. (JL)

„Stellen Sie sich vor, eine kleine Anzahl von drei Meter langen Geräten könnte einen ein Kilometer langen Teilchenbeschleunigerring wie beispielsweise den FAIR-Beschleuniger SIS100 in die Lage versetzen, 50 Prozent intensivere Schwerionenstrahlen zu liefern. Klingt verlockend?“, fragt Dr. Adrian Oeftiger aus der GSI/FAIR-Abteilung Beschleunigerphysik, der Erstautor der Veröffentlichung ist. Intensität bezeichnet die Anzahl Teilchen in einem Strahl, die im Synchrotron beschleunigt werden können, um dann für die Experimente mit einer Materialprobe zu kollidieren. Mehr Teilchen bedeuten mehr Kollisionen und in Folge mehr wissenschaftliche Daten und mehr Erkenntnisse.

Um das Forschungspotenzial der Anlagen von GSI und FAIR voll auszuschöpfen, sollen sie Ionenstrahlen von weltweit einzigartiger Intensität erzeugen. Die maximale Anzahl von Ionen pro beschleunigtem Ionenpaket wird dabei durch die von den Ionen erzeugten elektromagnetischen Felder begrenzt, die als „Raumladung“ bezeichnet werden. Die Raumladung wirkt der Fokussierung durch die Magnete entgegen, die den Strahl in den Vakuumrohren einschließt. An der Raumladungsgrenze wird eine maximale Ionenintensität erreicht, bevor es zu Strahlverlusten durch schädliche Resonanzen kommt. Um Strahlen höchster Intensität für die GSI/FAIR-Experimente und an anderen Beschleunigeranlagen zu erzeugen, entwickeln Beschleunigerphysiker*innen Strategien, um die Auswirkungen von Raumladung zu mildern.

Ein neuer und vielversprechender Weg wurde mit der Entwicklung von gepulsten linearen Elektronenlinsen bei GSI/FAIR beschritten. Diese Geräte erzeugen einen intensiven Elektronenpuls von mehreren hundert Kilowatt und lenken ihn so, dass sich die Elektronen mit den im Beschleunigerring zirkulierenden Ionenpaketen überlappen. Da Elektronen im Gegensatz zu den positiv geladenen Ionen negativ geladen sind, können ihre elektromagnetischen Felder so angeordnet werden, dass sie sich gegenseitig kompensieren, um die Raumladung der Ionen zu reduzieren. Dementsprechend wirken sich Strahlverluste durch schädliche Resonanzen erst bei sehr viel höherer Intensität aus. Als Schlüssel zum Erfolg erweist sich die Anpassung der Elektronenpulse auf die Pulslänge der vorbeiziehenden Schwerionenpakete bei gleichzeitiger Vermeidung zusätzlicher Resonanzen durch das lokalisierte Raumladungsfeld des Elektronenstrahls.

„Unsere jetzt veröffentlichte Studie zeigt, dass man mit nur wenigen solcher symmetrisch angeordneten Elektronenlinsen die Raumladungsgrenze der Beschleunigerringe stark erhöhen kann. Mit anderen Worten: Die Aufrüstung der GSI/FAIR-Beschleuniger mit gepulsten linearen Elektronenlinsen könnte die Experimente mit Ionenstrahlen versorgen, die im Vergleich zum Basisszenario eine bis zu 50 Prozent höhere Strahlintensität aufweisen“, erläutert Oeftiger.

Zwei Schlüsselfaktoren machten die jetzt veröffentlichte umfassende Simulationsstudie zu gepulsten Elektronenlinsen möglich: Zum einen muss das Resonanzverhalten des Ionenstrahls genau simuliert werden, um die Raumladungsgrenze zu bestimmen. Dazu sind detaillierte Messungen und Kenntnisse der Parameter der Beschleunigermagnete unter Betriebsbedingungen nötig, wie sie beispielsweise für den FAIR-Beschleuniger SIS100 als einzigem Synchrotron weltweit für jeden Hauptmagneten vorliegen. Zum anderen müssen solche Simulationen sowohl schnell als auch sehr genau sein, was durch ein entsprechend entwickeltes Hochleistungs-Simulationsmodell unter Verwendung der Rechenkapazitäten des GSI/FAIR-Rechenzentrums Green IT Cube realisiert werden konnte.

Oeftiger zeigt sich zuversichtlich: „Alles in allem kommen wir zu dem Schluss, dass gepulste Elektronenlinsen eine neue und vielversprechende Option zur Aufrüstung der GSI/FAIR-Beschleuniger darstellen, um zukünftig Experimente mit noch höheren Strahlintensitäten durchführen zu können.“ (CP)

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• Wissenschaftliche Veröffentlichung in Physical Review Letters

Staatssekretärin Pirscher zeigte sich beeindruckt: „Es war ein hochinteressanter Austausch mit großartigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die Spitzenforschung an den Beschleunigeranlagen bei GSI durchführen. Darüber hinaus freut es mich sehr, dass der Bau des internationalen Beschleunigerzentrums FAIR gut vorangeht. Es zeichnet sich immer mehr ab, dass sich FAIR von einem Bauvorhaben zu einer Forschungsinfrastruktur mit Entdeckungspotential von Weltrang entwickeln wird. Hier wird gerade eines der größten Forschungsvorhaben weltweit realisiert. Ich bin überzeugt, dass wir mit seiner Strahlkraft den besten wissenschaftlichen Nachwuchs in die Region holen können.“

Staatssekretärin Pirscher konnte bei einem ausführlichen Besichtigungsrundgang die Forschungsanlagen und die Baustelle von FAIR selbst vor Ort in Augenschein nehmen sowie sich mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern austauschen.

Zu den Besichtigungsstationen gehörten der Medizinbestrahlungsplatz der Biophysik, das Großexperiment HADES sowie das Laserexperiment PHELIX. Beim Besuch des FAIR-Baufelds wurde Staatssekretärin Pirscher der aktuelle Baufortschritt von FAIR sowie die ersten Hightech-Installationen gezeigt.

Mit dem internationalen Beschleunigerzentrum FAIR werden zukünftig extreme Zustände von Materie im Labor erzeugt und erforscht, wie sie sonst nur in Neutronensternen, Supernovae, Sternen oder großen Gasplaneten vorkommen. FAIR erforscht damit „das Universum im Labor“. Die künftigen Forschungsarbeiten von FAIR bauen auf der erfolgreichen Forschung bei GSI auf. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen aus aller Welt werden die verschiedenen Bereiche von GSI und FAIR nutzen, um in einzigartigen Experimenten neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen.

Am Medizinbestrahlungsplatz, an dem 1997 erstmals in Europa Krebspatienten und Krebspatientinnen mit Ionenstrahlen erfolgreich behandelt wurden, liegen die Schwerpunkte der künftigen Forschung auf technischen und radiobiologischen (Weiter-)Entwicklungen der Ionenstrahltherapie und Studien für die Weltraumforschung, unter anderem zur Abschätzungen der Strahlenbelastung bei Langzeitmissionen in der Raumfahrt in Zusammenarbeit mit der Europäischen Raumfahrtagentur ESA.

Der HADES-Detektor (High-Acceptance Di-Electron Spectrometer) wird genutzt, um hochenergetische Kern-Kern-Kollisionen zu untersuchen. HADES ermöglicht es, die Eigenschaften heißer, hoch verdichteter Kernmaterie zu verstehen, wie sie im Universum zum Beispiel bei der Kollision von Neutronensternen entsteht.

Der Laser-Aufbau PHELIX (Petawatt High-Energy Laser for Ion Experiments) gehört zu den stärksten Lasern weltweit. Er kann extrem kurze Laserpulse mit Energien bis zu 1.000 Joule und mit Leistungen bis zu einem halben Petawatt liefern. Unter anderem könnte PHELIX in Zukunft die Bedingungen für eine stabilere Laser-Plasma-Wechselwirkung abstecken, wie sie für eine Realisierung der Trägheitsfusion benötigt wird. (CP)

Nach einer Begrüßung durch die organisierende Abteilung für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit und den Leiter des Personalmanagements, Tobias Gottschalk, ging es für die Mädchen zunächst auf eine begleitete Entdeckungsreise zu einigen Stationen auf dem Campus. Sie warfen einen Blick in den Hauptkontrollraum der Beschleunigeranlage, erkundeten 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, Physik superschwerer Elemente und Biophysik auch zahlreiche Beschleunigerfach- und Infrastruktureinrichtungen wie Ionenquellen, Linearbeschleuniger, Strahldiagnose, Elektronik, Engineering, Werkstätten, Targetlabor, Kryogenik, Technologietransfer, Facility Management und 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.

„Auch dieses Jahr konnten wir uns wieder über eine enorme Nachfrage und eine rege Teilnahme an unseren attraktiven Angeboten freuen. Unseren Betreuer*innen gilt ein großer Dank. Sie stecken viel Arbeit und Leidenschaft in die Vorbereitung der Angebote. Viele Gruppen haben etwas Kleines gebaut oder hergestellt, das zum Teil auch mit nach Hause genommen werden kann“, erläutert Organisatorin Carola Pomplun, selbst Physikerin, aus der GSI/FAIR-Presse- und Öffentlichkeitsarbeit arbeitet. „Mit den Kolleg*innen vor Ort in den persönlichen Kontakt zu treten, die Arbeit ‚live‘ zu sehen und direkte Fragen stellen und beantworten zu können, erlaubt den Mädchen einen tiefen Einblick in die verschiedenen Berufsfelder. Sie lernen dabei die Möglichkeiten für Praktika, Ausbildungsberufe, duale Studiengänge oder auch Bachelor-, Master- oder Promotionsarbeiten bei GSI/FAIR kennen.“

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 fünften Klasse. Die Mädchen lernen 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)

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• Offizielle Webseite des Girls'Day
• Ausbildungsmöglichkeiten und Praktika bei GSI/FAIR

Der XUV-Spektralbereich (extrem ultraviolette Strahlung) hat aufgrund seiner kurzen Wellenlängen eine stetig wachsende Bedeutung sowohl für die Herstellung als auch für die Bildgebung von kleinsten Strukturen im Nanometerbereich erlangt. In Jena wurde in den vergangenen Jahren eine Reihe von Durchbrüchen in Bezug auf die Erzeugung und Anwendung räumlich kohärenter Strahlung im XUV erzielt. Diese bietet gegenüber räumlich inkohärenter Strahlung den entscheidenden Vorteil der Interferenzfähigkeit mit hohem Kontrast und erfüllt so die Grundvoraussetzung für viele moderne Mess- und Bildgebungsverfahren. Außerdem verfügt XUV-Strahlung über eine im Vergleich mit Elektronen deutlich größere Eindringtiefe und Sensitivität auf die Zusammensetzung der Probe, wodurch dieser Spektralbereich nochmals attraktiver wird.

Auf Basis der bisherigen Arbeiten zur Erzeugung und Anwendung räumlich kohärenter XUV-Strahlung soll die Forschungsgruppe zusätzliche Bildgebungsmodalitäten mit großem Anwendungspotential, beispielsweise auch in der Biologie und Materialwissenschaft, entwickeln und dabei auch den Spektralbereich weicher Röntgenstrahlung erschließen. Für biologische und medizinische Fragestellungen etwa soll eine korrelierte XUV-Bildgebung, also eine Kombination der hochauflösenden XUV-Mikroskopie mit der weitverbreiteten und komplementären Fluoreszenzmikroskopie, realisiert werden. Die XUV-Mikroskopie liefert hierbei Strukturinformation, die Fluoreszenz-Mikroskopie funktionelle Mikroskopie.

Die neue Forschungsgruppe bringt Experten und Knowhow aus Physik, Biologie und Materialwissenschaft synergetisch zusammen. Regionale Hochtechnologieunternehmen begleiten das Projekt in einem Industriebeirat. Die Forschungsgruppe fördert so den Wissens- und Technologietransfer und trägt zur Netzwerkbildung zwischen Thüringer Forschungseinrichtungen und Thüringer Unternehmen bei. (BP)

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• Webseite des Helmholtz-Instituts Jena

Professor Dr. Dr. h.c. Rudolf Bock

* 21.5.1927     † 9.4.2024

der nach einem reichen und erfüllten Leben im Alter von 96 Jahren verstorben ist.

Prof. Bock gehörte 1969 zu den Gründungsvätern der GSI. Bis zu seiner Emeritierung 1995 war er Mitglied des Wissenschaftlichen Direktoriums der GSI und hat in dieser Funktion das wissenschaftliche Profil der GSI maßgeblich mitgeprägt. Als GSI-Bereichsleiter verfolgte er den Forschungsschwerpunkt "Schwerionenreaktionen" bei mittleren und relativistischen Energien mit Experimenten an den GSI-Beschleunigern, am Berkeley Bevalac und am CERN. In den 1980er Jahren gehörte er zu den Initiatoren und Pionieren des Schwerionenprogramms bei ultrarelativistischen Energien am CERN. Zusätzlich zu seinem Engagement für die kernphysikalische Grundlagenforschung initiierte und prägte Prof. Bock das anwendungsorientierte GSI-Forschungsprogramm zur Trägheitsfusion und Plasmaphysik bei hohen Dichten. Im Rahmen seiner wissenschaftlichen Tätigkeiten baute Prof. Bock zahlreiche neue Forschungskooperationen mit Instituten im In- und Ausland auf und trug wesentlich zur Internationalisierung der GSI-Forschung bei. Selbst noch Kriegsteilnehmer, war ihm der Gedanke der Völkerverständigung und Friedenssicherung ein wichtiges Anliegen. Für seine wissenschaftlichen Leistungen und seine Verdienste um die Förderung der internationalen Zusammenarbeit erhielt Prof. Bock zahlreiche Auszeichnungen im In- und Ausland.

Prof. Bock hat in seinem langen und erfolgreichen Forscherleben die Basis für die wissenschaftliche Arbeit und den Werdegang vieler nachfolgender Forscher*innen bereitet.

Bis zuletzt war er regelmäßig bei GSI präsent und hat sich für die aktuellen Forschungsthemen und Entwicklungen auf dem Campus interessiert. Sein Rat und seine Weitsicht werden in Zukunft fehlen.

Die GSI nimmt mit großem Dank und Respekt Abschied von ihrem Gründungsvater Rudolf Bock. Seiner Familie gilt unser tiefes Mitgefühl. (JL)

Folien des Vortrags, den Prof. Dr. Hans J. Specht (Universität Heidelberg) 2017 anlässlich des 90. Geburtstags von Rudolf Bock gehalten hat:

Physics at Accelerators - From the KWI/MPI Cyclotron to the CERN SPS

Welche Masse hat ein ruhendes Neutrino? Ein Team unter der Leitung der Abteilung von Klaus Blaum, Direktor am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, mit Beteiligung der Arbeitsgruppe von Christoph Düllmann an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, und dem Helmholtz-Institut Mainz hat im Rahmen der internationalen ECHo-Kollaboration einen wichtigen Beitrag zum „Wiegen“ von Neutrinos geleistet. Mit der Ionenfalle Pentratrap haben die Forschenden die Änderung der Masse des Holmium-163-Ions extrem genau gemessen, wenn dessen Kern ein Elektron einfängt und zu Dysprosium-163 wird. Daraus konnten die Forschenden diesen sogenannten Q-Wert 50-mal genauer als bisher bestimmen. Mit Hilfe eines genaueren Q-Werts lassen sich mögliche systematische Fehler in der Bestimmung der Neutrinomasse aufdecken.

Holmium-163 ist ein künstliches Isotop, das im Beschuss des natürlichen Erbium-162 mit Neutronen, welcher zum Erbium-163 führt, das wiederum in Holmium-163 zerfällt, erzeugt werden kann. Die chemische Isolation des erbrüteten Holmium-163 erfolgte an der JGU, wo auch die für das Pentatrap-Experiment in Heidelberg passgenaue Probe hergestellt wurde. Pentatrap besteht aus fünf sogenannten Penning-Fallen. In diesen Fallen können elektrisch geladene Atome in einer Kombination aus einem statischen elektrischen und magnetischen Feld für lange Zeit gefangen werden. Darin vollführen diese Ionen einen in sich verschraubten „Kreistanz“, über den sich ihre Masse extrem genau bestimmen lässt. „Bei einem maximal beladenen Airbus A380 könnte man mit dieser Empfindlichkeit feststellen, ob sich ein einzelner Wassertropfen auf ihn gesetzt hat“, macht Christoph Schweiger, Doktorand in Klaus Blaums Abteilung am Max-Planck-Institut für Kernphysik, die Fähigkeiten dieser Superwaage anschaulich. (CP)

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• Pressemitteilung des MPIK
• Veröffentlichung bei Nature Physics

Im Rahmen der Experimentierzeit FAIR-Phase 0 auf dem GSI- und FAIR-Campus hatte TRON in Zusammenarbeit mit der GSI-Abteilung Biophysik unter Leitung von Professor Marco Durante die Beschleunigeranlagen genutzt, um Partikeltherapie und Immuntherapie als mRNA-basierten Krebsimpfstoff zu verbinden. Das Experiment hat mit dieser Kombination absolutes Neuland betreten. Ziel des aktuellen Proof-of-Concept-Experiments bei GSI/FAIR war es, die Wirksamkeit von Kohlenstoffionen-Strahlentherapie (CIRT) und konventioneller Röntgenstrahlentherapie, jeweils kombiniert mit einem mRNA basierten, für ein Maustumormodell spezifischen Impfstoff, direkt zu vergleichen.

Aus präklinischen Studien von TRON ist bereits bekannt, dass die mRNA-basierten Impfstoffe in Kombination mit einer konventionellen Röntgenstrahlentherapie wirksame Ergebnisse erzielen. Fragestellung war nun, welche Wirkungen eine Kohlenstoffionen-Strahlentherapie in Kombination mit einer Immuntherapie verursacht und welches Potenzial sie für die Tumorwachstumshemmung hat. Die beiden GSI/FAIR-Forschenden Professor Claudia Fournier und Dr. Alexander Helm erläutern: „Die Kombination dieses potenten systemischen Medikaments mit dicht ionisierender, lokaler Schwerionenbestrahlung könnte ein starkes Werkzeug sein im Kampf gegen den Krebs.“

Noch ist die Forschung von TRON und GSI/FAIR ein Blick in die Zukunft. „Die Ergebnisse haben eine erste Orientierung gegeben, dass die Schwerionen-Strahlentherapie von einer kombinierten Immuntherapie mit mRNA-Krebsimpfstoffen profitieren könnte und sind aufschlussreich für die potenzielle Translation von Radioimmuntherapie-Kombinationen unter Verwendung schwerer Ionen in die Klinik“, erläutern die beiden TRON-Wissenschaftlerinnen Dr. Fulvia Vascotto und Dr. Nadja Salomon. Untersucht wurde ein kolorektales Adenokarzinom, eine Tumorart, die im Darm vorkommt und zu den häufigsten in den westlichen Ländern zählt.

Wie die Untersuchung zeigt, verstärken mRNA-basierte Impfstoffe signifikant die durch Strahlentherapie ausgelöste Hemmung des Tumorwachstums. Dabei ist das Zellwachstum für die Kohlenstoffionen-Strahlentherapie deutlicher gesenkt als für die konventionelle Röntgenstrahlentherapie. Kohlenstoffionen- und Röntgenbestrahlung allein hemmen zwar das Tumorwachstum, lösen aber nur geringfügig spezifische Immunreaktionen gegen den Tumor selbst aus.

Es ist bekannt, dass das Immunsystem eine wichtige Rolle bei der Vermeidung und Heilung von Krebs spielt. 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. Individualisierter mRNA-Impfstoff trainiert und reaktiviert das Immunsystem in diesem Kampf gegen den Krebs und unterstützt die richtigen Immunreaktionen in situ.

TRON und GSI/FAIR haben nun nachgewiesen, dass die Kohlenstoffionentherapie der Röntgentherapie in Bezug auf die Induktion des Zelltods und die Immunmodulation des Tumors in murinen Tumorzelllinien überlegen ist. Dadurch wird die Immunogenität, also die Fähigkeit des Immunsystems, den Tumor zu erkennen, erhöht.

Zusammenfassend hat die Studie erstmals ein vergleichendes Ergebnis für Kohlenstoffionen- und Röntgentherapie in Verbindung mit mRNA-Impfstoffen gebracht: Die Impfstoffe weisen in Kombination mit Ionen- und Röntgenstrahlen eine ähnliche therapeutische Gesamtwirksamkeit auf, jedoch ist die physikalische Strahlendosis bei Kohlenstoffionen geringer als bei Röntgenstrahlen. Auch wenn der Weg in eine mögliche klinische Anwendung noch weit ist und noch viele Schritte erfolgen müssen: Die Autor*innen kommen zu dem Schluss, dass die Kombination von Kohlenstoffionen-Strahlentherapie und einem mRNA-basierten Impfstoff eine vielversprechende Strategie für die Behandlung von strahlenresistenten Tumoren ist. (BP)

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Der mRNA-basierte-Impfstoff

Der bei TRON verfolgte Ansatz zielt darauf ab, das Immunsystem über eine systemische Impfung mit Boten-RNA (mRNA) zu stimulieren. Mit der Impfung – die zerbrechliche mRNA ist dabei in eine schützende Lipidhülle verpackt – erhält der tumorerkrankte Organismus wertvolle Informationen. Der von antigenpräsentierenden Zellen in der Milz aufgenommene Impfstoff aktiviert diese Zellen, während sie einen spezifischen Teil der tumorassoziierten Antigene produzieren. In der Folge startet das Immunsystem ein Trainings- und Reaktivierungsprogramm, das es den T-Zellen ermöglicht, die mutierten Krebszellen anzugreifen. Der Krebsimpfstoff basiert auf ähnlichen Technologien wie die mRNA-basierten Impfstoffe gegen Covid-19, wobei sie intramuskulär injiziert werden.

Die Schwerionentherapie

Die bei GSI entwickelte Tumortherapie mit schweren Ionen bietet eine hohe Präzision bei der Verabreichung der Dosis: Die Ionen entfalten ihre schädigende Wirkung am Ende ihrer Flugbahn in einer bestimmten Tiefe, die von der Ionengeschwindigkeit abhängt. Die Verabreichung der schweren Ionen wird ausgefeilt gesteuert, wobei eine geringe Dosis im gesunden Gewebe freigesetzt wird, während in der Tumormasse ein starker Anstieg erreicht wird. Dadurch wird eine irreparable Schädigung des Erbguts der Krebszellen erreicht, ohne das gesunde Gewebe zusätzlich zu belasten.

Weiterführende Links

• Wissenschaftliche Veröffentlichung im International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics
• Webseite des Forschungsinstituts TRON in Mainz

Der Artikel spannt einen breiten Bogen über sehr unterschiedliche Aspekte, deren Verständnis die großen Herausforderungen der aktuellen Physik umreißt. Die Palette reicht von dem ungeklärten Geheimnis hinter der Dunklen Energie, die die Dynamik unseres heutigen Universums bestimmt, bis hin zu der Frage, ob man Maschinen konstruieren kann, die wie ein menschliches Gehirn funktionieren.

Als einziger Forschungsanlage wird FAIR mit seinen einzigartigen, weit gefächerten Forschungsmöglichkeiten ein eigenes Kapitel („FAIR – Exploring the universe in the laboratory”) gewidmet, in dem Langanke diskutiert, welche Beiträge FAIR mit seiner unerreichten Kombination an Strahlenergie und -intensität, sowie an Präzision und Instrumentierung zum weiteren Verständnis unserer Welt in der Zukunft leisten kann und wird.

Das Kapitel hebt die Studien von Materie bei extremen Dichten hervor, mit dem Fokus auf der herausragenden Frage, ob es auch im Phasendiagramm der Starken Wechselwirkung einen kritischen Punkt gibt. Langanke beschreibt, welche Beiträge FAIR durch die erstmalige Produktion und die Studien sehr kurzlebiger schwerer Kerne für die Elementerzeugung in stellaren Prozessen liefern wird. Durch die einzigartige Kombination von Speicherringen wird FAIR in Zukunft den Zugang zur Atomphysik ultrastarker elektrischer Felder eröffnen. Schließlich verspricht die Annihilation von Protonen und Antiprotonen neue Erkenntnisse und Tests der fundamentalen Theorie der Starken Wechselwirkung.

„Zusammenfassend lässt sich sagen, dass FAIR das ‚Universum ins Labor‘ bringt und mit seinen weitreichenden Möglichkeiten der Grundlagen- und angewandten Forschung das Verständnis unseres Universums und der darin befindlichen Objekte vertiefen wird“, schreibt Langanke in seinem Beitrag. (CP)

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• Wissenschaftliche Veröffentlichung „The sounds of science – a symphony for many instruments and voices – Part II“

Für sein Projekt HITHOR – „Highly Ionized Trapped 229-Thorium: A New Paradigm Towards a Nuclear Clock“ – erhält Professor Thomas Stöhlker eine Millionen-Förderung. Der Europäische Forschungsrat unterstützt auf diese Weise Stöhlkers wegweisende Arbeiten zur Präzisionsspektroskopie hochgeladener Ionen in Speicherringen und Fallen mit dem Ziel, die Entwicklung einer Kernuhr – basierend auf hochgeladenem 229-Thorium – voranzutreiben. Die Auszeichnung unterstreicht die herausragende Qualität der wissenschaftlichen Forschung am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und dem dort entstehenden künftigen Beschleunigerzentrum FAIR. Der Antrag wurde gemeinsam von GSI und dem Helmholtz-Institut Jena, einer GSI-Außenstelle, dessen Direktor Thomas Stöhlker ist, gestellt und berechtigt zu einer Förderung in Höhe von maximal 2,5 Millionen Euro über einen Zeitraum von fünf Jahren.

„Ich freue mich außerordentlich über diese großartige Chance und bedanke mich beim Europäischen Forschungsrat“, sagt Thomas Stöhlker. „HITHOR wird an den Ionenspeicherringen- und Fallenanlagen von GSI/FAIR realisiert, da dies die einzige Beschleunigeranlage weltweit ist, an der hochionisiertes 229-Thorium synthetisiert, abgebremst, eingefangen, gekühlt und schlussendlich einer Präzisionsmessung zugeführt werden kann. Der ERC Advanced Grant ermöglicht meinem Team und mir, das außergewöhnliche Fachwissen von Wissenschaftler*innen verschiedener Disziplinen von GSI/FAIR und dem Helmholtz-Institut Jena zusammenzuführen, um diese neuartigen Experimente zu realisieren.“

Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, unterstreicht: „Ich gratuliere zu dieser fantastischen Leistung. Ich bin hocherfreut über die Würdigung von Thomas Stöhlker und seinem Team, das mit innovativen Projekten und hohem Engagement wichtige Fragestellungen und Herausforderungen der aktuellen Physik angeht, die Anwendungen, basierend auf genauen Zeitmessungen, revolutionieren könnten. Der Grant belegt die außergewöhnliche Qualität unserer Wissenschaftler*innen und Forschungseinrichtungen bei GSI und FAIR. Wir freuen uns alle auf bahnbrechende Ergebnisse bei diesen einzigartigen Experimenten an unseren Speicherring- und Ionenfallenanlagen.“

Gegenwärtig wird in vielen Labors weltweit intensiv an der „Thorium-Uhr“ geforscht, da eine solche „Kernuhr“ neue Möglichkeiten für die Grundlagenphysik eröffnet, so z.B. die Prüfung einer Zeitvariation von Naturkonstanten und die Erforschung des Rätsels der dunklen Materie. Langfristig könnte eine solche „Kernuhr“ sogar zur Etablierung eines neuen Zeitstandards führen. Das Alleinstellungsmerkmal des Projekts „HITHOR“ ist ein neuartiger Zugang zur „Thorium-Uhr“ mit dem Fokus auf hochionisiertes 229-Thorium, ein elementares Quantensystem, das lediglich aus dem Thorium-Atomkern mit nur einem oder wenigen Elektronen besteht. Die für hochionisiertes 229-Thorium angestrebte Realisierung einer auf Kernübergängen basierenden Uhr, verspricht faszinierende neue Erkenntnisse.

Laut dem Europäischen Forschungsrat (ERC) gehören ERC Advanced Grants zu den anspruchsvollsten und prestigeträchtigsten Förderinstrumenten der EU. Sie eröffnen führenden Spitzenforscher*innen die Möglichkeit, ehrgeizige, von Neugier getriebene Projekte zu verfolgen, die zu großen wissenschaftlichen Durchbrüchen führen könnten. Die Gesamtförderung für ERC Advanced Grants beträgt fast 652 Mio. EUR und ist Teil des EU-Programms „Horizon Europe“. (LW)

Das Konsortium um Dr. Maarten Boonekamp (Sprecher, Institute of Research into the Fundamental Laws of the Universe, CEA, Paris-Saclay), Prof. Dr. Jens Erler (Institut für Kernphysik, JGU Mainz) und Prof. Dr. Frank Maas (Institut für Kernphysik, JGU Mainz, GSI/FAIR und Helmholtz-Institut Mainz) hat im April 2024 einen ERC Advanced Grant für das Projekt „Zeptometry” erhalten. Dieses Projekt zielt darauf ab, neue Präzisionsmessungen bei den höchsten Energien am LHC am europäischen Kernforschungszentrum CERN mit anspruchsvollen neuen Präzisionsmessungen bei sehr niedrigen Energien mit dem kommenden MESA-Beschleuniger in Mainz in Verbindung mit der theoretischen Interpretation der experimentellen Ergebnisse zu kombinieren. Die Förderung ist der Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen dem Z-Boson und den Fermionen (den Quarks und Leptonen, die die gewöhnliche Materie ausmachen) gewidmet, wofür das bevorstehende Experiment P2 am Mainzer Elektronenbeschleuniger MESA von entscheidender Bedeutung sein wird.

Verbesserte experimentelle Präzision zur Erforschung höherer Energieregime

Die Theorie der Teilchenphysik, das Standardmodell (SM), beschreibt erfolgreich die Grundbausteine der Materie und die Kräfte, die zwischen ihnen wirken. Die Astronomie des Universums auf sehr großen Skalen zeigt jedoch, dass das SM nur etwa 15 % der Gesamtmasse des Universums erklärt. Das derzeitige Verständnis der Teilchenphysik auf den kleinsten Skalen der Natur muss auf neue, noch unbekannte Kräfte und Teilchen jenseits des SM ausgedehnt werden. An dieser Stelle kommt das Projekt „Zeptometry“ ins Spiel.

In Ermangelung direkter Beobachtungen neuer Teilchen an Collidern wie dem LHC am CERN in Genf wird es immer wichtiger, die Parameter des SM mit der höchstmöglichen Präzision zu bestimmen, da neue Teilchen und Kräfte deren Werte und die Energieabhängigkeit durch Quanteneffekte verändern würden. Die Existenz vieler neu entdeckter SM-Teilchen war schon lange vor ihrer direkten Beobachtung durch Quantenkorrekturen und Präzisionsmessungen bei hohen Energien bekannt: Prominente Beispiele sind das W- und Z-Boson, das Top-Quark, das Tau-Neutrino und seit kurzem auch das Higgs-Boson.

Das Projekt „Zeptometry“ wird Daten aus dem LHC, dem Hochenergiebeschleuniger am CERN, mit den Niedrigenergiedaten des P2-Experiments an MESA in einem innovativen und interdisziplinären Ansatz kombinieren. „Dieser ERC Advanced Grant unterstreicht die Bedeutung der anspruchsvollen Messungen des P2-Experiments am neuen Hochintensitäts-Elektronenbeschleuniger MESA auf dem Campus der JGU Mainz. Die Kombination mit den LHC-Daten wird die Existenz neuer Teilchen bis hinunter zu mikroskopischen Längenskalen von einem Zeptometer (10-21 m) untersuchen“, erklärt Prof. Maas. „In Mainz werden auch gezielte theoretische Entwicklungen durchgeführt, die eine optimale Interpretation der Ergebnisse ermöglichen. Die Kombination von Ergebnissen aus extremen Energiebereichen, aus verschiedenen Forschungsgebieten und von ansonsten unabhängigen experimentellen und theoretischen Gemeinschaften ist neu und innovativ. Sie wird helfen, die Optionen für zukünftige Collider-Projekte zu bewerten.“

Der ERC Advanced Grant stärkt die Zusammenarbeit zwischen Saclay und Mainz

ERC Advanced Grants werden an herausragende Forscherinnen und Forscher vergeben, um ihnen die Arbeit an Projekten zu ermöglichen, die aufgrund ihres innovativen Ansatzes als hoch spekulativ gelten, aber gerade deshalb den Zugang zu neuen Ansätzen im entsprechenden Forschungsgebiet eröffnen können. Für die Förderung kommen nur Forscherinnen und Forscher in Frage, die bereits bedeutende Durchbrüche erzielt haben und seit mindestens zehn Jahren erfolgreich auf internationalem Spitzenniveau arbeiten. Die einzigen Kriterien, die bei der Vergabe der ERC-Förderung berücksichtigt werden, sind die akademische Exzellenz des jeweiligen Forschers und die Art seines Forschungsprojekts. Ein ERC-Grant stellt somit auch eine wichtige Anerkennung der Leistungen des Empfängers dar.

Prof. Dr. Maarten Boonekamp, Abteilung Teilchenphysik des Institute of Research into the Fundamental Laws of the Universe (IRFU), leitet das Team, das die Eigenschaften von W- und Z-Bosonen mit dem ATLAS-Detektor am LHC untersucht. Er ist Experte für die Phänomenologie des Standardmodells und für die Kalibrierung der Kalorimeter und Detektoren für geladene Teilchen, aus denen das ATLAS-Experiment besteht. Vom 1. September 2021 bis zum 31. August 2023 war er Gastwissenschaftler des Helmholtz-Instituts Mainz, einer GSI-Außenstelle, und des Exzellenzclusters PRISMA+. Er ist auch Mitglied der P2-Experiment-Kollaboration.

Prof. Dr. Frank Maas ist der Initiator und Sprecher des P2-Experiments, das derzeit am MESA-Beschleuniger auf dem Campus der JGU Mainz aufgebaut wird. Seit 2007 ist er leitender Wissenschaftler am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung Darmstadt und ordentlicher Professor an der JGU, wo er als Principal Investigator am Exzellenzcluster PRISMA+ in Mainz tätig ist. Er war 10 Jahre lang der Gründungsdirektor des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM). Als Projektleiter des P2-Experiments bei MESA leitete er die vorbereitende Forschung und Entwicklung für das P2-Konzept und die Detektoren im Rahmen des Exzellenzclusters PRISMA+.

Prof. Dr. Jens Erler ist ein weltweiter Experte für die Phänomenologie und theoretische Interpretation von Präzisionsexperimenten. Er ist Herausgeber des entsprechenden Kapitels über schwache Wechselwirkungen in der Particle Data Group (PDG). Von der führenden Universität UNAM in Mexiko kommend, wurde er im Januar 2021 auf eine PRISMA-Professur für "Präzisionsberechnungen für Niederenergieexperimente" berufen, nachdem er mehrere Jahre mit Kollegen in Mainz zusammengearbeitet hat. Er arbeitet hauptsächlich an den theoretischen Grundlagen für die Interpretation der experimentellen P2-Ergebnisse.

Das P2-Experiment wird im Rahmen der deutschen Großgeräteförderung finanziert. Weitere Entwicklungsarbeiten an P2 wurden von der DFG und der Helmholtz-Gemeinschaft im Rahmen des Helmholtz Exzellenz-Netzwerks gefördert. Mit zusätzlichen Mitteln aus dem Programm „Zeptometry“ wird der Bau des Rückstreudetektors unterstützt, der die Genauigkeit der Messungen deutlich erhöht.

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Publikationen:
Becker, D., et al., The P2 experiment: A future high-precision measurement of the weak mixing angle at low momentum transfer. Eur. Phys. J. A 54, 208 (2018).
DOI: 10.1140/epja/i2018-12611-6

link.springer.com/article/10.1140/epja/i2018-12611-6

Berger, N., Denig, A., Maas, F., & Sfienti, C., Laboratory Portrait: The MESA Experimental Program: A Laboratory for Precision Physics with Electron Scattering at Low Energy. Nuclear Physics News, 31(3), 5–10 (2021).
DOI: 10.1080/10619127.2021.1954434

www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/10619127.2021.1954434

Weiterführende Links:

irfu.cea.fr/en/ – IRFU bei Saclay

prisma.uni-mainz.de  – Exzellenzcluster PRISMA+

www.gsi.de – GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

www.hi-mainz.de/de/  – Helmholtz-Institut Mainz

Kontakt:
Prof. Dr. Frank Maas 
Exzellenzcluster PRISMA+/GSI/Helmholtz-Institut Mainz (HIM)
Institut für Kernphysik
Johannes Gutenberg University Mainz
55099 Mainz, Germany
email: maas@him.uni-mainz.de 

www.kernphysik.uni-mainz.de/univ-prof-dr-frank-maas/

Prof. Dr. Jens Erler 
Exzellenzcluster PRISMA+
Institut für Kernphysik
Johannes Gutenberg University Mainz
55099 Mainz, Germany
email: erler@uni-mainz.de

wwwth.kph.uni-mainz.de/erler-jens/

Dr. Vikas Singhal ist am Variable Energy Cyclotron Center (VECC), Indien, Kalkutta, tätig und hat seine Dissertation am Homi Bhabha National Institute in Mumbai vorgelegt. In seiner Arbeit „Development and implementation of first level event selection process on heterogeneous systems for high energy heavy ion collision experiments” beschäftigt er sich mit der Entwicklung eines realistischen zeitbasierten Simulationsrahmens für das Muon Chamber System (MuCh) des CBM-Experiments. Weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung eines Trigger-Algorithmus für MuCh und die Evaluierung seiner Leistung auf verschiedenen heterogenen Computerplattformen, einschließlich CPU, GPU und Hybridplattform. Bei der Preisverleihung hob die CBM-Kollaboration „die hohe Relevanz dieser Arbeit für das CBM-Computing und ihre direkten Auswirkungen auf den endgültigen CBM-Aufbau“ hervor.

Dr. Marcel Bajdel ist am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung beschäftigt und hat seine Dissertation an der Johann-Wolfgang-Goethe-Universität in Frankfurt absolviert. Seine Arbeit „Development of the Detector Control System and Instrumentation for the Silicon Tracking System  in the Compressed Baryonic Matter Experiment” dreht sich um die Entwicklung eines modularen Detektorkontrollsystems (DCS) und die Implementierung des containerisierten EPICS-basierten Kontrollsystemrahmens, der Fernbetrieb und -überwachung ermöglicht. Außerdem ist er entscheidend für den Betrieb von Laboraufbauten sowie des Silikon Tracking Systems (STS) im mCBM am Ringbeschleuniger SIS18. Auch die Entwicklung einer allgemeinen Strategie zur Überwachung der Umgebungsparameter innerhalb des STS ist ein wichtiges Thema der Dissertation. Die CBM-Kollaboration betonte bei der Preisverleihung „die große Bedeutung dieser Arbeit für die Steuerung der CBM-Detektoren und ihre direkten Auswirkungen auf den endgültigen CBM-Betrieb“.

Über die eingereichten Arbeiten hatte der CBM-Ausschuss für den Dissertationspreis entschieden, der mit Anand Dubey, Ilya Selyuzhenkov, Hanna Zbroszczyk und Alberica Toia (Vorsitz) besetzt ist. CBM-Sprecher ist Norbert Hermann, Vorsitzender des CBM-Kollaborationsausschusses Nu Xu. (BP)

Seine frühe Leidenschaft für die Physik führte Eckart Grosse zum Physikstudium in Bonn und Heidelberg. In der Gruppe von Peter von Brentano am Max-Planck-Institut für Kernphysik erwarb er 1966 sein Diplom mit Messungen von Protonenreaktionen an leichten Kernen und promovierte 1968, ebenfalls unter von Brentano, mit Messungen zur Kernstruktur von ²⁰⁷Pb mittels resonanter inelastischer Protonenstreuung. Es folgten Arbeiten zu isobaren Analogresonanzen und zur Coulombanregung. Danach ging er für zwei Jahre an das Lawrence Berkeley Laboratorium (USA) und befasste sich mit Gammaspektroskopie und dem „back-bending“ Phänomen in der Gruppe von Frank S. Stephens.

Im Jahr 1976 trat Eckart Grosse eine Stelle an der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) an, wo er am Schwerionenlinearbeschleuniger UNILAC Experimente zu kollektiven Kernanregungen durchführte. Weiter Experimente zum Photonennachweis an Beschleunigern am CERN und GANIL (Caen, Frankreich), die die Grundlage seiner Habilitation 1984 bildeten, zeigten seine Faszination für Phänomene mit astrophysikalischem Bezug, insbesondere die im Labor untersuchbare kurzzeitige Bildung heißer und verdichteter Kernmaterie.

Mit dem neuen Schwerionensynchroton SIS18 war in Darmstadt in den 1990er Jahren die Tür zu höheren Strahlenergien und neuen Forschungsthemen geöffnet, die von Eckart Grosse aktiv mitgestaltet wurden. Parallel zum Aufbau des Kaonen-Spektrometers KaoS bei GSI und dem Betrieb des Spektrometers DISTO am Laboratoire National SATURNE II in Saclay, Frankreich formierte er die entsprechenden Kollaborationen und gestaltete durch interessante und vielbeachtete Experimente die sich bildenden Communities der relativistischen Schwerionen- und Hadronenphysik einschließlich der damit verbundenen Theoriegruppen. 

Im Jahr 1996 übernahm Eckart Grosse die Leitung des Instituts für Kern- und Hadronenphysik am Forschungszentrum Rossendorf (FZR), dem heutigen Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Gleichzeitig wurde er an der Technischen Universität Dresden auf den Lehrstuhl für Kern-, Hadronen- und Strahlungsphysik am Institut für Kern- und Teilchenphysik berufen.  

Besonders am Herzen lag ihm die Rossendorfer Strahlungsquelle ELBE, die 2001 in Betrieb genommen wurde. Er erkannte frühzeitig das Potenzial dieses 40 MeV supraleitenden Elektronenbeschleunigers und prägte viele Aspekte des vielfältigen wissenschaftlichen Programms, das dort bis heute verfolgt wird. Neben den klassischen kernphysikalischen Experimentieraufbauten zur Kernresonanzfluoreszenz und einer eigenen Neutronen-Flugzeit-Beamline an ELBE wurden Brücken zu anderen Disziplinen gebaut. So wurde mittels eines Freie-Elektronen-Lasers die ELBE auch zur Infrarot-Strahlungsquelle, und es wurden Experimente in Biophysik und Medizin entwickelt.

Eckart Grosse trieb die multidisziplinäre Ausrichtung sowie die starke wissenschaftliche Vernetzung nicht nur der Rossendorfer Institute miteinander, sondern auch mit anderen Instituten und Hochschulen in Dresden als fruchtbare Bereicherung für das gesamte Forschungszentrum voran. Dies zeigt sich bis heute im Aufblühen des gemeinsamen Forschungszentrums Oncoray. Er schuf und hielt enge Kontakte zur GSI. Unter seiner Leitung baute das FZR u.a. die Drahtkammern für das Dileptonenspektrometer-Experiment HADES und entwickelte schnelle Flugzeitdetektoren für FAIR-Experimente, die am ELBE-Elektronenstrahl getestet wurden. Mit dem PET-Detektor BASTEI leistete er bedeutende Beiträge zur tumorkonformen Bestrahlung in der Schwerionentherapie. Zum Ende seiner Karriere 2007 holte er die „Nuclear Physics in Astrophysics“ Konferenz nach Dresden.

Nach seinem Ruhestand 2007 blieb Eckart Grosse dem HZDR aktiv verbunden, unter anderem durch die Betreuung von Doktoranden an der TU Dresden und die Mitarbeit in europäischen Projekten. In diesen Jahren konzentrierte er sich, befreit von den Verpflichtungen eines Institutsdirektors, wieder auf die Kernstruktur, insbesondere den Einfluss der Triaxialität auf elektromagnetische Stärkefunktionen, photonukleare Reaktionen und Neutroneneinfang. Bis zuletzt publizierte er auf diesem Feld und besuchte noch 2023 die DPG-Frühjahrstagung in Dresden.

Professor Eckart Grosse bleibt uns als vielseitiger Kernphysiker und engagierter Institutsleiter in Erinnerung. Sein Beitrag zur Physik und seine Leidenschaft für die Erforschung der Materie werden uns noch lange begleiten.

Daniel Bemmerer (HZDR), Arnd Junghans (HZDR), Burkhard Kämpfer (HZDR), Peter Senger (GSI), Andreas Wagner (HZDR)

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. Auf einem Rundgang durch den GSI/FAIR-Campus konnten sie mehr über Beschleuniger- und Detektorkomponenten erfahren und von der Aussichtsplattform einen Blick auf das FAIR-Baufeld werfen. Zum Abschluss des Forschungstages diskutierten sie die Ergebnisse in einer Videokonferenz mit Teilnehmenden aus anderen Forschungseinrichtungen.

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 über 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)

Ob beim Hören von Musik oder beim Schieben einer Schaukel auf dem Spielplatz – wir alle kennen Resonanzen und wissen, wie sie einen Effekt verstärken, zum Beispiel einen Ton oder eine Bewegung. In kreisförmigen Teilchenbeschleunigern mit hoher Intensität können Resonanzen jedoch hinderlich sein und dazu führen, dass Teilchen von ihrer Bahn abkommen, was wiederum zu Strahlverlusten führt. Um vorhersagen zu können, wie sich Resonanzen und nichtlineare Phänomene auf Teilchenstrahlen auswirken, müssen einige sehr komplexe dynamische Vorgänge entschlüsselt werden.

Zum ersten Mal konnten Forschende am Super Proton Synchrotron (SPS) des Forschungszentrums CERN in Zusammenarbeit mit Forschenden von GSI/FAIR in Darmstadt die Existenz einer bestimmten Resonanzstruktur experimentell nachweisen. Diese Struktur war zuvor zwar theoretisch beschrieben und in Simulationen dargestellt worden, ist aber experimentell sehr schwer zu untersuchen, da sie Teilchen in einem vierdimensionalen Raum beeinflusst. Raum bezieht sich dabei auf den „Phasenraum“, den Raum, in dem alle möglichen Zustände eines Systems dargestellt werden.

Ihre Ergebnisse haben die Forschenden nun in „Nature Physics“ veröffentlicht. Diese neuesten Erkenntnisse werden dazu beitragen, die Strahlqualität für Strahlen mit niedriger Energie und hoher Lichtstärke für die LHC-Injektoren am CERN und die SIS18/SIS100-Anlage bei GSI sowie für Hochenergiestrahlen mit großer Helligkeit, wie sie beim LHC und künftigen Hochenergiebeschleunigern eingesetzt werden, zu verbessern.

„Bei diesen Resonanzen kommt es vor, dass die Teilchen nicht genau der gewünschten Bahn folgen, sondern wegfliegen und verloren gehen“, sagt Dr. Giuliano Franchetti, Wissenschaftler bei GSI und einer der Autoren der Studie. „Das führt zu einer Beeinträchtigung des Strahls und erschwert das Erreichen der erforderlichen Strahlparameter.“

Die Idee, nach der Ursache dafür zu suchen, entstand 2002, als Forschende bei GSI und CERN feststellten, dass die Teilchenverluste zunahmen, als die Beschleuniger für eine höhere Strahlintensität weiterentwickelt wurden. „Die Zusammenarbeit entstand aus dem Bestreben heraus zu verstehen, was diese Maschinen limitiert, damit wir die für die Zukunft benötigte Strahlleistung und -intensität liefern können", sagt Hannes Bartosik, Wissenschaftler am CERN und ebenfalls einer der Autoren der Studie.

Über viele Jahre hinweg wurden Theorien und Simulationen entwickelt, um herauszufinden, wie Resonanzen die Teilchenbewegung in hochintensiven Strahlen beeinflussen. „Es erforderte einen enormen Simulationsaufwand von großen Beschleunigerteams, um die Auswirkungen der Resonanzen auf die Strahlstabilität zu verstehen“, sagt Frank Schmidt vom CERN, ebenfalls einer der Autoren der Studie. Die Simulationen zeigten, dass Resonanzstrukturen, die durch die Kopplung in zwei Freiheitsgraden entstehen, eine der Hauptursachen für die Verschlechterung der Strahlqualität sind.

Es hat lange gedauert, bis man herausgefunden hat, wie man experimentell nach diesen Resonanzstrukturen suchen kann. Das liegt daran, dass sie vierdimensional sind und der Strahl sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Ebene gemessen werden muss, um zu sehen, ob sie existieren. „In der Beschleunigerphysik wird oft nur in einer Ebene gedacht“, fügt Franchetti hinzu. Um zu messen, wie sich Resonanzen auf die Teilchenbewegung auswirken, verwendeten die Forschenden Strahlpositionsmonitore rund um das SPS. Bei etwa 3000 Strahldurchgängen wurde gemessen, ob sich die Teilchen im Strahl sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Ebene in der Mitte oder weiter seitlich befanden. „Das Besondere an unseren jüngsten Ergebnissen ist, dass sie zeigen, wie sich einzelne Teilchen in einer gekoppelten Resonanz verhalten“, so Bartosik weiter. „Wir können zeigen, dass die experimentellen Ergebnisse mit dem übereinstimmen, was aufgrund von Theorie und Simulation vorhergesagt wurde.“

Während die Existenz der gekoppelten Resonanzstrukturen nun experimentell beobachtet wurde, ist noch viel mehr Forschung nötig, um ihre nachteilige Wirkung zu verringern. „Wir entwickeln eine Theorie, die beschreibt, wie sich Teilchen in Gegenwart dieser Resonanzen bewegen“, berichtet Franchetti weiter. „Wir hoffen, dass wir mit dieser Studie und den vorangegangenen Studien Hinweise darauf erhalten, wie wir die Auswirkungen dieser Resonanzen bei aktuellen und zukünftigen Beschleunigern vermeiden oder minimieren können.“ (CERN/BP)

Weitere Informationen

Wissenschaftliche Veröffentlichung „Observation of fixed lines induced by a nonlinear resonance in the CERN Super Proton Synchrotron“ im Fachmagazin Nature Physics

Mitteilung des CERN

Professorin Claudia Fournier leitet bei GSI das Forschungsfeld „Immunmodulation und Gewebeeffekte (nach Schwerionenbestrahlung)“ und lehrt als Honorarprofessorin an der Hochschule Darmstadt. Die Strahlenbiologin zählt zu den anerkanntesten Strahlenforschenden Deutschlands. Bereits seit 2010 ist sie Mitglied der SSK. Die Strahlenschutzkommission besteht aus 18 ehrenamtlich tätigen Expert*innen auf dem Gebiet des Strahlenschutzes und feiert in diesem Jahr als Beratungsgremium des Bundes ihr 50-jähriges Bestehen.

Professor Paolo Giubellino, wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, zeigte sich sehr erfreut und betonte: „Wir sind sehr stolz auf diese Anerkennung der Expertise von Professorin Claudia Fournier, die einmal mehr die Exzellenz unserer Forschenden unter Beweis stellt. Der wichtigste Faktor für den Erfolg eines wissenschaftlichen Zentrums ist sein menschliches Potenzial. Und wir sind sehr stolz auf diese hervorragende Qualität bei uns.“

Von 2002 bis 2023 war Professorin Claudia Fournier Vorstandsmitglied der Deutschen Gesellschaft für Biologische Strahlenforschung (DeGBS). Außerdem ist sie Vorstandsmitglied des interdisziplinären Kompetenzverbunds für Strahlenforschung (KVSF), der 2007 auf Initiative des Bundesumweltministeriums und des Bundesforschungsministeriums gegründet wurde, sowie Mitglied der deutschen Delegation für die jährliche UNSCEAR-Sitzung. UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation) ist der Wissenschaftliche Ausschuss der Vereinten Nationen zur Untersuchung der Auswirkungen atomarer Strahlung. (BP)

Mit dem Nachwuchspreis für junge Wissenschaftler*innen, dem „Young Scientist Award“, wurde dieses Jahr Dr. Ali Mollaebrahimi von der Justus-Liebig-Universität in Gießen für seine Erkenntnisse auf dem Gebiet der Kernstruktur mittels moderner Flugzeitmassenspektrometer am FRS Ion Catcher und dem TITAN-Experiment am TRIUMF in Vancouver (Kanada) ausgezeichnet.

Der Young Scientist Award wird jährlich von GENCO an herausragende junge Forscher*innen verliehen, die auf dem Gebiet der experimentellen oder theoretischen Kernphysik oder Kernchemie arbeiten und erste eigenständige Erfolge in ihrer Zeit als Postdoktorand*in erzielt haben. Die Gewinner*innen werden von einer international besetzten Jury ausgewählt. Der Preis ist mit 1.000 Euro dotiert.

Am Ende der Jahrestagung wechselte die Vizepräsidentschaft von Wolfram Korten (CEA Saclay, Frankreich) zu Zsolt Podolyak (Univ. Surrey, Großbritannien), der am Vortag auch den Vorsitz im „Board of Representatives“ der NUSTAR-Kollaboration übernommen hatte.

Des Weiteren erhielt die FAIR-GENCO-Gemeinschaft Zuwachs von mehreren neuen Mitgliedern, die den „FAIR-GENCO Membership Award“ erhielten:

• Iain Moore (Univ. Jyväskylä, Finnland) für bedeutende Beiträge zur Laserspektroskopie exotischer Kerne und die Entwicklung eines umfangreichen wissenschaftlichen Programms, das von Grundlagenstudien bis hin zu neuen Anwendungen wie z.B. Kernuhren reicht;
• Pieter Doornenbal (RIKEN Nishina Center, Japan) für die Leitung mehrerer äußerst erfolgreicher internationaler Kooperationen, darunter mit dem Euroball-RIKEN Cluster Array, mit welchem erstmalige Kernspektroskopie-Experimente am doppelt-magischen Kern 78-Ni möglich wurden;
• Andrea Jungclaus (CSIC-Madrid, Spanien) für die Entwicklung und Anwendung von Instrumenten und Methoden zur Untersuchung isomerer Zerfälle, magnetischer Momente und anderer Kernstruktureigenschaften der exotischsten Kerne rund um das zweite r-Prozess-Häufigkeitsmaximum an verschiedenen Einrichtungen weltweit;
• Frédéric Nowacki (Univ. Strasbourg, Frankreich) für die langjährige Zusammenarbeit mit GSI-Experimentiergruppen, die zu einer sehr beeindruckenden Liste hochkarätiger gemeinschaftlicher Publikationen geführt hat;
• Markus Steck (GSI) für seine entscheidenden, hochspezialisierten Beiträge zur erfolgreichen Realisierung des weltweit einzigartigen Kernphysik-Forschungsprogramms am ESR, insbesondere in Bezug auf die Kühlung und Manipulation radioaktiver Kernstrahlen. (CP)

Weitere Informationen

• GENCO-Webseite

Um die Präzision, die durch die Therapie mit Schwerionen möglich ist, voll ausschöpfen zu können, müssen die Patient*innen millimetergenau fixiert sein. Doch Tumoren im Bauch- und Brustraum sind durch die Atmung und den Herzschlag ständig in Bewegung. Leber-, Lungen- oder Darmkrebs konnten deshalb lange nicht mit dem Schwerionenstrahl präzise behandelt werden. Gerade diese Tumoren wären es allerdings, die von der Schwerionentherapie stark profitieren könnten.

Präzision auf neuen Wegen

Jetzt stehen neue Methoden, die bei GSI erforscht und entwickelt wurden, kurz vor dem Durchbruch, wie z.B. die Multiphasenoptimierung und das Residual Tracking. Diese Techniken unterteilen die Bewegung des Tumors während der Atmung in Phasen, in denen die Position des Tumors ermittelt wird. Mit Hilfe von 4D-CT-Bildgebung, wobei die Patient*innen Schicht für Schicht durchleuchtet werden, kann die Position und Bewegung des Tumors für die Planung der Bestrahlung ermittelt werden. Das erlaubt, die Bestrahlung so zu planen, dass sie trotz der erwarteten Bewegung die gewünschte Strahlendosis im Tumor platziert. Für immer gleich atmende Modell-Patient*innen erzielt die bei GSI entwickelte Multiphasenoptimierung eine sehr hohe Dosisgenauigkeit. 
Die Schwierigkeit für eine klinische Anwendung: Die bei der Bestrahlungsplanung angenommene Atembewegung entspricht nie exakt der tatsächlichen Atmung der Patient*innen während der Bestrahlung, die zum Teil mehrere Tage nach der Bildgebung im 4D-CT erfolgt. Etwa eine beschleunigte Atemfrequenz oder flacheres Einatmen müssen berücksichtigt werden, um die hohe Präzision der Schwerionentherapie voll ausschöpfen zu können. Die neue, bei GSI entwickelte Bestrahlungstechnik kombiniert sogenanntes Residual Tracking mit der Multiphasenoptimierung. Dadurch kann der Strahl zusätzlich den Bewegungen des Tumors nach rechts, links, oben und unten folgen, und so Abweichungen in der Tumorbewegung ausgleichen. Vergleichende Studien haben gezeigt, dass Tumore mit Kombination dieser Methoden aus klinischer Sicht sehr präzise getroffen werden. In Kürze werden Experimente mit Plastikphantomen am Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (CNAO) in Italien stattfinden. Dort wurde die Methode bereits in das Bestrahlungssystem integriert und soll dann auch erstmals für Patient*innen zum Einsatz kommen. 

Blitzbehandlung

Die FLASH-Bestrahlung, die ebenfalls bei GSI von den Gruppen um Ulrich Weber und Walter Tinganelli in der Abteilung Biophysik erforscht wird, ist eine weitere vielversprechende Entwicklung, bei der die Strahlendosis in extrem kurzer Zeit in den Tumor gegeben wird. Dies ermöglicht die Behandlung von verschiedensten Krebsarten, da sich Tumore in den 100 Millisekunden der Bestrahlungsdauer quasi nicht bewegen. Diese Methode erfordert jedoch eine hochmoderne Bildgebungstechnik, um sicherzustellen, dass der Tumor während der Blitzbestrahlung exakt getroffen wird. In einer laufenden Studie an GSI und am MIT in Marburg wird diese Technik erprobt. Eine weitere Kooperation mit dem Industriepartner Varian und der Technischen Hochschule Mittelhessen ebnen den Weg für eine klinische Anwendung.

Pragmatische Lösungen schon im Klinik-Einsatz

Während klinische Studien mit den neuen Methoden laufen, kommen einige pragmatische Lösungen bereits Patient*innen zugute. Mehrere Methoden, die das Problem umschiffen, sind mittlerweile im klinischen Routinebetrieb. Eine bewährte Methode zur Behandlung von Tumoren in Bewegung ist das sogenannte "Gating". Dabei wird die Bestrahlung auf den richtigen Zeitpunkt in der Atembewegung synchronisiert und in den Sekunden bestrahlt, wenn die Patient*innen zwischen Aus- und Einatmung eine Pause machen. Die Atemphase der Patient*innen kann dabei entweder durch die Messung des Atemflusses durch einen Schlauch erkannt werden, durch einen Gürtel, der den Druck des Oberkörpers bei der Einatmung misst, oder durch die Kamera-Verfolgung von Markierungen auf dem Körper der Patient*innen. 
Eine andere Methode besteht darin, die Atmung der Patient*innen zu unterdrücken, um die Bewegung des Tumors zu minimieren. Patient*innen können etwa den Atem anhalten und gegebenenfalls mit Sauerstoff versorgt werden. In einigen Fällen wird die Lunge der Patient*innen auch mit sauerstoffangereicherter Luft geströmt, was die Atmung ersetzt und somit die Bewegung eliminieren kann.
Mit diesen Methoden werden am Heidelberger und Marburger Ionenstrahltherapiezentrum z.B. bereits Bauchspeicheldrüsenkrebs, Leberkrebs, rezidivierender Enddarmkrebs, Lungenkrebs und Lymphome behandelt.

Bildgebung als Schlüssel 

Für ein gutes Ergebnis ist die Bildgebung, also die Sichtbarkeit des Tumors während der Bestrahlung, ein zentraler Punkt. Innovationen in der bildgesteuerten Partikeltherapie sind ein Markenzeichen von GSI. Die Abteilung Biophysik hat bereits zwei ERC-Grants zu diesem Thema erhalten. Im Rahmen des Advanced Grant BARB für Marco Durante wird seit 2021 die Verwendung radioaktiver Ionenstrahlen für die gleichzeitige Behandlung und Strahlenvisualisierung durch PET untersucht. Professor Christian Graeff erhielt 2023 einen Consolidator Grant, um neue Behandlungsmöglichkeiten für Bauchspeicheldrüsen- und Lungenkrebs zu erschließen. Zum ersten Mal sollen gemischte Ionenstrahlen eine gleichzeitige Behandlung und Bildführung ermöglichen. Kohlenstoff-Ionen liefern die Dosis für das Ziel, während Helium-Ionen, die gleichzeitig auf die gleiche Geschwindigkeit beschleunigt werden, die Patient*innen durchqueren und die Lage des Tumors und die Strahlentfernung angeben. 

Diese Entwicklungen versprechen große Schritte in der Strahlentherapie gegen Krebs und bieten neue Hoffnung für Patient*innen mit Tumoren im Oberkörper. (LW)

Die Ernennung von Thomas Nilsson zum Mitglied der Physikalischen Klasse der Royal Swedish Academy of Sciences ist eine herausragende Anerkennung seiner bedeutenden Beiträge zur physikalischen Forschung und seiner engagierten Arbeit an international führenden Forschungseinrichtungen wie GSI und FAIR. Thomas Nilsson hat bedeutende Beiträge zur Kernforschung geleistet, oft mit Verbindungen zur Astrophysik und durch seine Forschung an exotischen Kernen zum Verständnis der Elementbildung in Sternen.

GSI und FAIR gratulieren Thomas Nilsson herzlich zu dieser prestigeträchtigen Ernennung und freuen sich darauf, weiterhin von seinem wertvollen Beitrag zur wissenschaftlichen Gemeinschaft zu profitieren. Der wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, betont: „Ich freue mich sehr über die Ernennung von Thomas Nilsson als Mitglied der Royal Swedish Academy of Sciences. Er ist ein herausragender Wissenschaftler, der mit seinen Projekten und seinem Engagement nicht nur wichtige Beiträge zu Physik leistet, sondern auch als stellvertretender Vorsitzender des Joint Scientific Council FAIR/GSI maßgeblich an der Weiterentwicklung des FAIR-Projekts beteiligt. Seine Ernennung stellt nicht nur eine herausragende Auszeichnung für ihn dar, sondern ist auch eine Anerkennung für die exzellente Qualität der Experimente, die am Beschleunigerzentrum FAIR entwickelt werden. Wir sind stolz, mit ihm eine herausragende Persönlichkeit in der FAIR-Community zu haben.“

Thomas Nilsson fokussiert sich in seinen Forschungen auf die fundamentalen Wechselwirkungen in subatomaren Systemen, insbesondere in Kernen mit einem großen Überschuss an Neutronen oder Protonen, wodurch exotische Strukturen und Eigenschaften entstehen. Seine Experimente werden an Einrichtungen durchgeführt, die Strahlen exotischer Kerne liefern, darunter GSI und CERN-ISOLDE in der Schweiz. Zudem ist er maßgeblich an der Entwicklung solcher Einrichtungen und der zugehörigen Instrumentierung, insbesondere am Forschungszentrum FAIR, beteiligt.

Zusätzlich zu Thomas Nilsson wurden auch folgende herausragende Persönlichkeiten in die Royal Swedish Academy of Sciences berufen, aus deren Reihen auch Nobelpreiskomitee-Mitglieder bestimmt werden: Love Dalén, Professor für Evolutionäre Genomik am Fachbereich Zoologie der Stockholm University, Marie Carlén, Professorin am Fachbereich für Neurowissenschaften am Karolinska Institutet, Hanna Johannesson, Inhaberin der Bergianus-Professur und Professorin am Fachbereich für Ökologie, Umwelt und Pflanzenwissenschaften der Stockholm University und Eva Malmström Jonsson, Professorin für Beschichtungstechnologie in der Abteilung für Beschichtungstechnologie des KTH Royal Institute of Technology. (LW)

Der Workshop brachte Expert*innen zusammen, die auf dem Gebiet der Proton-induzierten Wechselwirkungen arbeiten, und untersuchte Möglichkeiten für spannende Physik am SIS100-Beschleuniger bei FAIR. Das übergreifende Ziel war es, Synergien zwischen den verschiedenen theoretischen und experimentellen Bestrebungen zu identifizieren, die komplementäre Techniken und Methoden nutzen, um eine prosperierende, kollaborative Gemeinschaft zu fördern. Zu den Themen des Treffens gehörten: Produktion von „open-“ und „hidden-charm“ in Elementarreaktionen, „charm“-Gehalt des Protons, Untersuchungen der emergenten Hadronenmasse und der QCD-Spurenanomalie, Gravitationsformfaktoren und der gluonische Massenradius des Protons, Hyperon-Produktion, -Spektroskopie und -Struktur, Hyperon-Baryon-Wechselwirkungen mittels Femtoskopie und Partialwellenanalyse, hadronische Produktionsmechanismen als Referenz für nukleare Modifikationsfaktoren sowie die Suche nach exotischen Formen baryon-ähnlicher Materie und Messungen der Linienformen. (CP)

Weitere Informationen

• Webseite des Workshops „Physics Opportunities with Proton Beams at SIS100“

Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, und der Technische Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, trafen sich dabei mit hochrangigen Forschenden und Vertretenden der indischen Regierung; besonderen Stellenwert nahm ein Treffen mit dem angesehenen Staatssekretär des indischen Ministeriums für Wissenschaft und Technologie, Professor Abhay Karandika, ein. Gemeinsames Ziel der Gespräche war es, Indiens Engagement und Beteiligung am FAIR-Projekt weiter zu stärken.

Parallel dazu besuchte eine technische Expertendelegation aus dem GSI/FAIR-Beschleunigerbereich das Partnerland. Die Delegation traf sich vor Ort mit einem indischen Hersteller für Vakuum-Komponenten, um die Produktion für FAIR zu sichten und weiterhin gemeinsame innovative Entwicklungen für FAIR zu leisten.

Während des Besuchs war die FAIR-Geschäftsführung zur Feier des 107. Gründungstag des renommierten Bose-Forschungsinstituts geladen. Gleichzeitig wurde damit auch der 165. Geburtstag des visionären Gründers und einer führenden Persönlichkeit der modernen Wissenschaft in Indien, Acharya Jagadish Chandra Bose, gewürdigt. Das Bose-Institut mit Sitz in Kalkutta, ein führendes öffentliches Forschungsinstitut Indiens und zugleich eines der ältesten des Landes, vertritt die Republik Indien als Gesellschafter im FAIR-Council.

Die Feierlichkeiten begannen mit einer Blumenehrung an der Gedenkstätte für Acharya Jagadish Chandra Bose auf dem Rajabazar-Campus durch Professor Uday Bandyopadhyay, Direktor des Bose-Instituts, der von Professor Paolo Giubellino und Jörg Blaurock begleitet wurde. Die Gäste besichtigten unter anderem den traditionsreichen Hörsaal auf dem Campus sowie das historische Jagadish-Chandra-Bose-Museum auf dem Campus. Ein Höhepunkt war die 84. Acharya-Jagadish-Chandra-Bose-Memorial-Lecture: Als Festredner hielt Professor Paolo Giubellino eine inspirierende Festrede zum Thema „Indien und Big Science: Ein Erfolgsweg für das 21. Jahrhundert“.

Er hob dabei die Schlüsselrolle Indiens hervor und die Bedeutung der breit angelegten wissenschaftlichen Bestrebungen des Landes. Er betonte, wie solches „Mega-Science“-Engagement weltweit Gestalt annimmt, und zwar in Bereichen, die von Multi-Messenger-Astronomie bis hin zu Lösungsansätzen für die Energiekrise reichen. Professor Giubellino erläuterte außerdem die Rolle von Einrichtungen wie dem Bose-Institut und dem internationalen Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI in Darmstadt entsteht, als Talentschmieden, die herausragende Möglichkeiten für die Ausbildung der nächsten Generation eröffnen.

Jörg Blaurock präsentierte in dieser Veranstaltung den aktuellen Stand des FAIR-Projekts. Er kündigte die bevorstehende Installationsphase für den großen Ringbeschleuniger SIS100 an, wobei er die entscheidende Bedeutung des rechtzeitigen Eintreffens der Komponenten einschließlich der Beiträge aus Indien hervorhob. Eine Reihe von Schlüsselkomponenten des Beschleunigers werden in Indien entwickelt und hergestellt. Indische Unternehmen werden beispielsweise ultrastabile Stromrichter, koaxiale Kabel für die Stromversorgung der Magneten, Beamstopper, Ultrahochvakuumkammern und supraleitende Magnete für das FAIR-Beschleunigersystem entwickeln und liefern.

Bei der Veranstaltung unterzeichneten das Bose-Institut, GSI/FAIR und M/s Siechem Technologies Pvt Ltd zudem eine Vereinbarung über die Entwicklung und Herstellung von Stromkabeln sowie IT- und Diagnosekabeln. Ein symbolischer Akt während des Besuchs der Expertengruppe bei dem Hersteller für Vakuum-Komponenten war zudem die Pflanzung eines Baumes, der als Zeichen der nachhaltigen Partnerschaft zwischen GSI/FAIR und Indien steht. Der Besuch in Indien hinterlässt somit nicht nur einen bleibenden Eindruck in Bezug auf die gemeinsame Geschichte von GSI/FAIR und dem Bose-Institut, sondern ebnet auch den Weg für eine vielversprechende Zukunft der bilateralen Kooperation im Wissenschafts- und Technologiebereich und bei der weiteren Entwicklung von FAIR. (BP)

Indien bei FAIR

Indien ist einer der Gründungsstaaten von FAIR. Indische Forschende sind sowohl an den Experimenten als auch an den Beschleunigern beteiligt und entwerfen und realisieren in indischen Wissenschafts- und Industrieeinrichtungen Komponenten. Indische Wissenschaftler*innen sind entscheidend beim Schärfen des wissenschaftlichen Gesamtprogramms von FAIR und in der Konzeption des Beschleunigerkomplexes. Sie sind mit dem Bau von Detektoren für die Forschungssäulen NUSTAR (Nuclear Structure, Astrophysics and Reactions) und CBM (Compressed Baryonic Matter) beschäftigt. Ein weiterer wichtiger Bereich ist der Bau von Hightech-Ausrüstung für das Herzstück des FAIR-Beschleunigers, wie beispielsweise Vakuumkammern, strahlenresistente Kabel und Hightech-Stromwandler.

Der Präsident der Max-Planck-Gesellschaft hat Professorin Almudena Arcones vom GSI Helmholzzentrum für Schwerionenforschung und der Technischen Universität (TU) Darmstadt als Max-Planck-Fellow am Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg ernannt. Im Rahmen des Max-Planck-Fellowships leitet sie ab 1. März 2024 die theoretische Arbeitsgruppe „Theoretische nukleare Astrophysik und der Ursprung der schweren Elemente im Universum“, die eng mit der experimentellen Abteilung von Professor Klaus Blaum zusammenarbeitet.

Ein Schwerpunkt der Arbeit von Almudena Arcones ist die Nukleosynthese, die Erzeugung von – insbesondere schweren – Atomkernen: „Ich möchte den Ursprung und die Geschichte der schweren Elemente im Universum verstehen. In meiner Arbeit kombiniere ich astrophysikalische Simulationen für extrem hochenergetische Ereignisse, wie Supernovaexplosionen und der Verschmelzung von Neutronensternen, mit Berechnungen zur Nukleosynthese für die neutronenreichsten Kerne.“ In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Professor Blaum soll die Schlüsselrolle des kernphysikalischen Inputs für die Synthese schwerer Elemente weiter untersucht werden, um die extremen Bedingungen in Supernovae und bei der Verschmelzung von Neutronensternen zu verstehen. „Diese explosiven Ereignisse sind auch Quellen von kosmischer Strahlung und Neutrinos“ betont Almudena Arcones und freut sich daher auf spannende Synergien zu allen Gruppen am MPIK.

Almudena Arcones studierte Physik an der Universidad Complutense de Madrid und erwarb ihren Masterabschluss als Erasmus-Stipendiatin der TU München mit einer Arbeit zur Neutrinophysik in Supernovae am MPI für Astrophysik in Garching. 2007 promovierte sie an der TU München mit ihrer Dissertation zur Nukleosynthese in Supernovae im Rahmen eines IMPRS-Stipendiums am MPI für Astrophysik. Nach Aufenthalten als Postdoktorandin am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und als Feodor Lynen Postdoctoral Fellow an der Universität Basel wurde sie 2012 Leiterin einer Helmholtz-Nachwuchsgruppe am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, verbunden mit einer Juniorprofessur an der TU Darmstadt. Seit 2016 ist sie dort Professorin für Theoretische Astrophysik. Sie arbeitet zudem in der Abteilung GSI-Theorie, ist Fellow der American Physical Society und hat 2016 erfolgreich den ERC Starting Grant „EUROPIUM“ zur Erforschung des Ursprungs schwerer Elemente eingeworben.

Das Max-Planck-Fellowship-Programm fördert die Zusammenarbeit von herausragenden Hochschullehrer*innen mit Wissenschaftler*innen der Max-Planck-Gesellschaft. Die Bestellung zu Max-Planck-Fellows ist auf fünf Jahre befristet und mit der Leitung einer Arbeitsgruppe an einem Max-Planck-Institut verbunden. (MPIK/BP)

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Pressemitteiliung des MPIK

GSI-Abteilung Theorie

Gruppe von Almudena Arcones an der TU Darmstadt

Ein innovatives Computermodell der menschlichen Lunge hilft Wissenschaftler*innen, erstmals zu simulieren, wie ein Strahlenstoß auf Zellebene auf das Organ einwirkt. Diese an der University of Surrey und am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt durchgeführten Forschungsarbeiten könnten zu gezielteren Krebsbehandlungen führen und die durch Strahlentherapie verursachten Schäden verringern.

Dr. Roman Bauer, Senior Lecturer an der Universität Surrey, sagte: „Ärzt*innen könnten unser Modell eines Tages nutzen, um die richtige Reichweite und Stärke der Strahlentherapie zu wählen - zugeschnitten auf die jeweiligen Patient*innen. Das ist schon aufregend genug - aber andere könnten unsere Technik nutzen, um andere Organe zu untersuchen. Dies könnte alle Arten von medizinischem Wissen erschließen und wäre eine großartige Nachricht für Ärzt*innen und künftige Patient*innen".

Mehr als die Hälfte der Krebserkrankten erhält heute eine Strahlentherapie - doch eine zu hohe Dosis kann die Lunge schädigen. Dies kann zu Erkrankungen wie Pneumonitis und Fibrose führen. Um diese Verletzungen zu untersuchen, haben Forscher von GSI und der Universität Surrey mithilfe künstlicher Intelligenz ein neues Modell eines Teils der menschlichen Lunge entwickelt – Zelle für Zelle.

Professor Dr. Marco Durante, Leiter der Abteilung Biophysik bei GSI, sagte: "Mit BioDynaMo sind zum ersten Mal interaktive Modelle ganzer menschlicher Organe realisierbar. Damit können wir die Lungen einzelner Patient*innen auf eine Weise modellieren, die mit den sehr allgemeinen statistischen Methoden, die wir derzeit verwenden, einfach nicht möglich ist. Außerdem können wir damit untersuchen, wie Fibrose und andere Erkrankungen tatsächlich verursacht werden und wie sie sich im Laufe der Zeit entwickeln."

Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Communications Medicine veröffentlicht. (BP/UoS)

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Publikation in Communications Medicine

Pressemitteilung der Universität Surrey

Der nun an der STF realisierte Aufbau entspricht einem zusammenhängenden Abschnitt des SIS100-Bogens, bestehend aus zwei Dipolmodulen und einem Quadrupolmodul. Teil des Aufbaus sind noch weitere wichtige und technisch anspruchsvolle kryogene Komponenten der lokalen Kryogenik, wie die Bypass-Leitungen und die Endboxen, die jeden Bogen abschließen.

Im FAIR-Projekt spielt die Kryotechnik eine zentrale Rolle. Im Ringbeschleuniger SIS100 werden supraleitende Magnete eingesetzt, um die extrem schnellen Teilchen zu lenken und gleichzeitig einen extrem niedrigen Restgasdruck (Vakuum) im Strahlrohr herzustellen. Supraleitung ist nur mithilfe von ausgefeilter Kryotechnik zu erreichen. Sie muss die erforderliche Tiefsttemperatur entlang der Magnetketten im gesamten Ringsystem des SIS100 aufrechterhalten, die zum Betrieb benötigt wird.

Alle Module enthalten technologisch höchst anspruchsvolle, zukunftsweisende Komponenten. Insbesondere wird der Strom zur Erzeugung der strahlführenden Magnetfelder in speziellen supraleitenden Kabeln geführt. Zur Kühlung dieser Kabel und der sogenannten kalten Magnetmassen wird flüssiges Helium über ein hydraulisches System transportiert und in parallele Kühlkreisläufe verteilt. Erst in der Nähe der Betriebstemperatur von -269 Grad Celcius bricht der elektrische Widerstand in den Kabeln zusammen und die Supraleitung wird aufgebaut. Deshalb ist eine wesentliche Frage, die am Stringtest untersucht werden soll, ob die Kühlung in den parallelen Kreisläufen in jedem Betriebszustand ausreicht, um die Supraleitung aufrecht zu halten. In den parallelen Kühlkreisläufen sind ähnliche Abgleiche notwendig wie in einer konventionellen Heizungsanlage. Der hydraulische Widerstand muss so eingestellt werden, dass ein ausreichender Massenfluss in jedem der parallelen Kühlkreisläufe gewährleistet ist, ohne dass der Druck im Gesamtsystem zu stark abfällt.

Jede einzelne Baugruppe wurde bei den Herstellern umfangreichen Tests unterzogen und durch den Subprojektbereich SIS100/SIS18 bei GSI/FAIR abgenommen. Lediglich die mit dem Zusammenbau des Stringtests hergestellten Verbindungsbereiche der großen supraleitenden Module konnten nicht vorab geprüft werden. Diese Verbindungsbereiche sind hohen Kräften und Beanspruchungen ausgesetzt. Insbesondere bei dem geforderten Prüfdruck von 28 bar treten hohe laterale Kräfte auf die Prozessleitungen auf, die über geeignete Stützkonstruktionen abgefangen werden müssen. Auch die Längenkontraktion der kalten Massen der einzelnen Module wirkt sich in den Verbindungsbereichen aus und muss, um Beschädigungen an den Komponenten zu verhindern, im Design angemessen berücksichtigt werden mussten.

Beim Zusammenbau des Stringtests wurden die verschiedenen Arbeitsschritte erstmalig durchgeführt und dokumentiert. Zu den Abläufen, die auch beim Einbau in den SIS100-Tunnel entscheidend sein werden, gehören beispielsweise das Schweißen der Prozessleitungen, das Schließen des ebenfalls kryogenen Vakuumsystems und das Verlöten der supraleitenden Kabel. Jeder dieser Arbeitsschritte wurde auf Basis des Stringtest-Aufbaus in Form von Arbeitsanweisungen, Prüfplänen und Prüfprotokollen für die spätere Tunnelmontage dokumentiert. Der Aufbau wurde in Zusammenarbeit mit in der Beschleunigermontage erfahrenen Ingenieur*innen des Instituts für Kernphysik der Polnischen Akademie der Wissenschaften (IFJ PAN) Krakau durchgeführt.

Der Stringtest-Aufbau hat zu zahlreichen wichtigen Erkenntnissen in Bezug auf die Zusammenbaubarkeit der Baugruppen und deren Konstruktion geführt. Die Erkenntnisse werden für eine finale Design-Optimierung genutzt. Bereits im ersten thermischen Zyklus (Testlauf mit regelmäßiger Temperaturänderung, Erwärmen und Abkühlen) gelang es, alle Magnete so mit Strom zu versorgen, wie es zukünftig im SIS100 vorgesehen ist. Auch beim Betrieb mit voller Leistung (maximale Ramprate und Stromstärke) wurde ein stabiler Betrieb der supraleitenden Magnete ohne Quench (plötzlicher, unerwünschter Übergang eines Supraleiters in den normalleitenden Zustand) beobachtet.

Auch weitere wesentliche Designanforderungen und Kühlkonzepte konnten erstmals in einem größeren Vakuumbereich unter Beweise gestellt werden. Die auf -263 °C abgekühlten Kammerwände des Ultrahochvakuum-Systems fungierten wie geplant als „Superpumpe“ und waren durch Ausfrieren der Restgasteilchen in der Lage, einen Druck von <10^-12 mbar herzustellen.

Der String wird in den nächsten Monaten in vielen thermischen Zyklen im Detail weiter untersucht. Dabei spielt auch das sogenannte „Übersprechen“ zwischen den einzelnen Stromkreisen der Hauptmagnete eine Rolle. Dabei muss die Wechselwirkung der Stromkreise über deren elektromagnetische Felder hinreichend klein sein, sodass der präzise Verlauf der Ströme im Beschleunigungsprozess nicht gestört wird. Die Präzision der Ströme darf auch bei den geplanten schnellen Stromänderungen (Ramprate von bis zu 29 000 Ampere/Sekunde) und Strömen von bis zu 13 000 Ampere zu jedem Zeitpunkt nicht mehr als 0,01 Prozent vom Sollwert abweichen.

Die vorliegenden Ergebnisse lassen erwarten, dass der Aufbau des SIS100 wie geplant erfolgen kann. Das Expertengremium MAC (Machine Advisory Committee), dessen Aufgabe die Beratung zur technischen Ausgestaltung und Betrieb der FAIR-Anlage ist, hat die Fertigstellung des String-Tests als wichtigen Projektfortschritt eingestuft. (BP)

Die Gäste wurden von Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, Markus Jaeger, Stellvertretung der Administrativen Geschäftsführung GSI und FAIR, sowie Prof. Karlheinz Langanke, ehemaliger Forschungsdirektor, begrüßt. Im Rahmen ihres Besuchs konnten sich die Gäste selbst ein Bild von den wissenschaftlichen Erfolgen und dem aktuellen Stand des FAIR-Projekts machen.

Das Besuchsprogramm umfasste eine Busrundfahrt über die FAIR-Baustelle. Dort sahen die Gäste das zentrale Kreuzungsbauwerk, den beeindruckenden Umfang des SIS100-Teilchenbeschleunigers sowie die Gebäude für die FAIR-Experimente. Außerdem hatten Sie die Möglichkeit, die laufenden Arbeiten auf dem 20 Hektar großen Bau-Areal direkt vor Ort zu begutachten.

Der Rundgang führte den Wissenschaftsausschuss anschließend durch die Forschungs- und Beschleunigeranlage auf dem GSI-Campus, einschließlich des Speicherrings ESR, der Tumortherapie-Einrichtung, des Green IT Cube und des Hauptkontrollraums. Die Besucher*innen konnten dabei den laufenden Experimentierbetrieb hautnah erleben.

FAIR und GSI sind fester Teil der Darmstädter Wissenschaftslandschaft. Durch die Schaffung hochqualifizierter Arbeitsplätze und den Support der Wirtschaft, z.B. als Teil des KI-Innovationslabors Hessen, tragen GSI und FAIR zur Attraktivität des Standorts Darmstadt bei. Auch in der Ausbildung von Nachwuchsforschenden in enger Zusammenarbeit mit der TU Darmstadt und der Hochschule Darmstadt spielen FAIR und GSI eine bedeutende Rolle. (LW)

Seit der Jahrtausendwende wurden sechs neue chemische Elemente entdeckt und in das Periodensystem der Elemente, das Symbol der Chemie schlechthin, aufgenommen. Diese neuen Elemente haben hohe Ordnungszahlen von bis zu 118 und sind deutlich schwerer als Uran, das Element mit der höchsten Ordnungszahl (92), das in größeren Mengen auf der Erde vorkommt. Dies wirft Fragen auf, unter anderem wie viele weitere dieser superschweren Spezies noch auf ihre Entdeckung warten, wo – wenn überhaupt – eine grundsätzliche Grenze für die Existenz dieser Elemente liegt und wie die sogenannte Insel der erhöhten Stabilität aussieht. In einer kürzlich erschienenen Übersichtsarbeit fassen Expert*innen für theoretische und experimentelle Chemie und Physik der schwersten Elemente und ihrer Kerne die wichtigsten Herausforderungen zusammen und bieten einen neuen Blick auf neue superschwere Elemente und die Grenzen des Periodensystems. Zu ihnen gehört auch Prof. Dr. Christoph Düllmann vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und dem Helmholtz-Institut Mainz (HIM). In seiner Februar-Ausgabe präsentiert das weltweit führende High-Impact-Journal Nature Reviews Physics das Thema als aktuelle Titelgeschichte.

Vorstellung einer „Insel der Stabilität“ aus superschweren Kernen

Bereits in der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts wurde erkannt, dass die Masse der Atomkerne kleiner ist als die Gesamtmasse der darin enthaltenen Protonen und Neutronen. Dieser Massenunterschied ist für die Bindungsenergie der Kerne verantwortlich. Eine bestimmte Anzahl von Neutronen und Protonen führt zu einer stärkeren Bindung und wird als „magisch“ bezeichnet. Tatsächlich wurde schon früh erkannt, dass sich Protonen und Neutronen in einzelnen Schalen bewegen, die den elektronischen Schalen ähneln, wobei die Kerne des Metalls Blei die schwersten sind mit vollständig gefüllten Schalen. Sie enthalten 82 Protonen und 126 Neutronen – ein doppelt magischer Kern. Frühe theoretische Vorhersagen legten nahe, dass die zusätzliche Stabilität der nächsten „magischen“ Zahlen, weit von den damals bekannten Kernen entfernt, zu Lebensdauern führen könnte, die mit dem Alter der Erde vergleichbar sind. Dies führte zu der Vorstellung von einer „Insel der Stabilität“ aus superschweren Kernen, die durch ein Meer der Instabilität von Uran und seinen Nachbarn getrennt ist.

Zur „Insel der Stabilität“, die als weit entfernte Insel beschrieben wird, lassen sich viele grafische Darstellungen finden. Seit der Entstehung dieses prägnanten Bildes sind inzwischen viele Jahrzehnte vergangen, sodass es an der Zeit ist, einen neuen Blick auf die Stabilität der superschweren Kerne zu werfen und zu sehen, wohin die Reise zu den Grenzen von Masse und Ladung führen könnte. In dem jetzt veröffentlichten Paper mit dem Titel „The quest for superheavy elements and the limit of the periodic table“ beschreiben die Autor*innen den aktuellen Erkenntnisstand und die wichtigsten Herausforderungen auf dem Gebiet dieser Superheavies und stellen zentrale Überlegungen zur künftigen Entwicklung vor.

Experimentell wurden weltweit in Beschleunigeranlagen wie bei GSI in Darmstadt und künftig bei FAIR, dem dort entstehenden internationalen Beschleunigerzentrum, Elemente bis zum Oganesson (Element 118) hergestellt, benannt und in das Periodensystem der Elemente aufgenommen. Die neuen Elemente sind höchst instabil: Die schwersten bekannten zerfallen, von wenigen Ausnahmen abgesehen, innerhalb von Sekundenbruchteilen. Eine genauere Analyse zeigt jedoch, dass ihre Lebensdauer in Richtung der nächsten als magisch erwarteten Neutronenzahl 184 stark ansteigt – in Copernicium (Element 112), das bei GSI entdeckt wurde, beispielsweise von weniger als einer Tausendstelsekunde auf 30 Sekunden. Dabei ist die Neutronenzahl 184 jedoch noch lange nicht erreicht worden – die 30 Sekunden sind nur ein Schritt auf dem Weg. Eine vertiefte Analyse zeigt auch, dass die theoretische Beschreibung noch unbekannter Atomkerne mit großen Unsicherheiten behaftet ist. Es gibt keinen Konsens darüber, wo die längsten Lebensdauern auftreten und auch nicht darüber, wie lange sie sein werden. Alle aktuellen Berechnungen deuteten aber darauf hin, dass wirklich stabile, superschwere Kerne nicht mehr zu erwarten sind.

Überarbeitung der Landkarte der superschweren Elemente

Dies führt zu einer Überarbeitung der Landkarte der superschweren Elemente in zweierlei Hinsicht: Wir sind tatsächlich an den Ufern der Region erhöhter Stabilität angekommen – das Konzept einer Insel erhöhter Stabilität ist also experimentell bestätigt. Wir wissen aber – um bei dem Bild zu bleiben – noch nicht, wie groß diese Region ist, wie lange die zu erwarteten Lebensdauern sein werden, wobei das Maß für die Stabilität oft durch die Höhe der Berge auf jener Insel dargestellt wird, und wo genau die längsten Lebensdauern auftreten. Der Artikel in Nature Reviews Physics erörtert verschiedene Aspekte der einschlägigen Kern- und Elektronenstrukturtheorie: die Synthese und den Nachweis von superschweren Kernen und Atomen im Labor oder bei astrophysikalischen Ereignissen, ihre Struktur und Stabilität sowie die Position der derzeitigen und erwarteten superschweren Elemente im Periodensystem.

Die detaillierte Untersuchung der superschweren Elemente ist weiterhin eine wichtige Säule des Forschungsprogramms bei GSI/FAIR, unterstützt durch die Infrastruktur und Expertise des Helmholtz-Instituts Mainz und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, die in einem schlagkräftigen Verbund einen einzigartigen Rahmen für solche Studien bilden. In den letzten zehn Jahren wurden mehrere bahnbrechende Ergebnisse erzielt, darunter detaillierte Untersuchungen der Produktion dieser Elemente im Labor, die zur Bestätigung des Elements 117 und zur Entdeckung des mit mehreren Stunden vergleichsweise langlebigen Isotops Lawrencium-266 führten, ihrer Kernstruktur mittels verschiedener experimenteller Techniken, der Struktur ihrer Atomhüllen sowie ihrer chemischen Eigenschaften, wobei Flerovium (Element 114) das schwerste Element darstellt, für das chemische Daten vorliegen. Berechnungen zur Produktion im Kosmos, vor allem bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne, wie sie 2017 erstmals experimentell beobachtet wurde, runden das Forschungsportfolio ab. Künftig könnte die Untersuchung der superschweren Elemente dank einem neuen in Planung befindlichen Linearbeschleuniger HELIAC, für welchen jüngst das erste Modul am HIM zusammengebaut und anschließend in Darmstadt erfolgreich getestet wurde, noch effizienter erfolgen, sodass auch weitere, noch exotischere und damit vermutlich auch langlebigere Kerne experimentell erreichbar sein werden. Eine Übersicht über die Elemententdeckungen und erstmalige chemische Untersuchungen einiger Elemente, die bei GSI erfolgten, findet sich in dem Beitrag „Five decades of GSI superheavy element discoveries and chemical investigation“ vom Mai 2022. (BP/JGU)

Weitere Informationen

• Wissenschaftliche Veröffentlichung „The quest for superheavy elements and the limit of the periodic table“ im Fachmagazin Nature Reviews Physics
• Übersicht über die Elemententdeckungen und erstmalige chemische Untersuchungen einiger Elemente, die bei GSI erfolgten, in Radiochimica Acta
• Pressemitteilung der JGU: Internationales Forscherteam weist superschweres Element 117 nach
• Pressemitteilung der JGU: Kursänderung auf der Reise zur Insel der Stabilität
• Pressemitteilung zur Untersuchung der chemischen Eigenschaften von Flerovium
• Pressemitteilung zu Kilonovae
• Newsmeldung zum geplanten HELIAC-Beschleuniger

Anlässlich des Neubaus des FCC lobte GSI im Auftrag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung und des Landes Hessen einen einphasigen, geladenen und anonymen Kunst-am-Bau-Wettbewerb aus. Ziel war es, das Profil von FAIR/GSI durch eigenständige künstlerische Entwürfe zu schärfen und nach außen sichtbar zu machen. Das Kunstwerk sollte identitätsstiftend für den Campus sein und eine hohe Signalwirkung haben. Sechs Künstler*innen hatten ihre Entwürfe eingereicht, welche von einer Fachjury begutachtet und bewertet wurden. Gewonnen hat der Entwurf „Entschleunigtes Teilchen – the FCC meteor“ von Atelier Thomas Stricker. Strickers Entwurf überzeugte durch die Verwendung des Materials Kupfer und der symbolischen Darstellung der Verbindungsachse zwischen Forschung und Kosmos.

Fortführung der Bauaktivitäten

Der geplante Standort für das Kunstwerk liegt strategisch zentral vor dem Zugang zur Besuchsgalerie, wodurch das Objekt eine markante und weithin sichtbare Signalwirkung entfalten kann. Die Realisierung des Kunstwerks wird parallel zu den laufenden Bauaktivitäten des FCC erfolgen, die im Januar nach einer vorrübergehenden Unterbrechung wieder aufgenommen wurden. Die Einrüstung der Westseite des Main Control Rooms ist bereits abgeschlossen, die Metallbauarbeiten an den Fenstern und Türen der Gebäudehülle sowie die Malerarbeiten in den Technikzentralen befinden sich in der Ausführung. Darüber hinaus ist ab Anfang März die Rohinstallation der technischen Gebäudeausrüstung geplant. Die Vergabe der Fassadenarbeiten ist bereits erfolgt und die Beauftragung weiterer Ausbaugewerke ist sukzessive in den nächsten Wochen vorgesehen. (JL)
 

16 Institutionen aus dem Großraum Frankfurt/Rhein-Main haben sich im Römer zu einem neuen Wissenschaftsnetzwerk zusammengeschlossen. Die künftige Zusammenarbeit in der Frankfurt Alliance wurde mit einem Memorandum of Understanding besiegelt. In Stellvertretung für die Administrative Geschäftsführung von GSI und FAIR unterzeichnete Markus Jaeger die Vereinbarung seitens GSI.

Die Wissenschaftsregion Frankfurt/Rhein-Main zeichnet sich durch eine hohe Dichte von Forschungseinrichtungen aus, die aufgrund gemeinsamer Forschungsinteressen und zahlreicher Kooperationsvereinbarungen bereits auf vielfache Weise miteinander verbunden sind. Um den großen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts gerecht zu werden und gemeinsam an neuen Lösungen zu arbeiten, soll die Zusammenarbeit intensiviert werden: Zu diesem Zweck haben sich nun in einem ersten Schritt 16 Institutionen zur Frankfurt Alliance zusammengetan. Dieses Bündnis umfasst Institute der vier großen Wissenschaftsorganisationen in der Metropolregion Frankfurt/Rhein-Main, sowie eine Bundeseinrichtung und die Goethe-Universität und soll durch Vernetzung und gemeinsame Rahmenbedingungen, Synergien schaffen und einer zunehmenden Segregation von Arbeitsprozessen und Forschungsthemen entgegenwirken.

Die Frankfurt Alliance bietet somit den Rahmen für gemeinsame Forschung und die Transformation der Wissenschaftsstrukturen, indem sie die Bedingungen für gemeinsame Forschung vereinfacht, bestehende Hemmnisse in den jeweiligen Administrationen durch übergreifende Regelungen abbaut, gemeinsame Strukturen und Infrastrukturen etabliert und gegenüber der Politik mit Nachdruck für die Interessen der exzellenten Frankfurter Wissenschaftler*innen auftritt. Darüber hinaus sollen gemeinsame Aktivitäten eine engere Verflechtung der Institutionen fördern. Die Vision ist es, die Region Frankfurt/Rhein-Main als einen führenden Forschungsstandort in Europa weiter auszubauen und ihre internationale Anerkennung und ihre Attraktivität für Spitzenforschung noch zu erhöhen.

Die erste gemeinsame öffentliche Veranstaltung der Frankfurt Alliance wird am 28. September ein Wissenschaftsfestival in der Frankfurter Innenstadt sein: Dann werden sich die beteiligten Institutionen auf dem Roßmarkt der Öffentlichkeit präsentieren.

Bettina Stark-Watzinger, Bundesministerin für Bildung und Forschung: „Ich gratuliere allen Beteiligten und auch der Region Frankfurt/Rhein-Main zur Gründung der Frankfurt Alliance. Gerade in der heutigen Zeit, die große Herausforderungen, aber auch Chancen bereithält, brauchen wir gebündelte Exzellenz und intensive Kooperation mehr denn je. Was hier geschaffen wurde, hat enormes Potenzial. Ich wünsche dem neuen Wissenschaftsnetzwerk viel Erfolg.“

Timon Gremmels, Hessischer Minister für Wissenschaft und Forschung, Kunst und Kultur: „Wissenschaft und Forschung sind essentiell, um die Transformationsprozesse unserer Zeit zu meistern und gleichzeitig unsere Demokratie zu sichern. Dies gelingt umso besser, wenn die Kräfte vereint werden. Die Frankfurt Alliance wird die hervorragende Forschungs- und Transferarbeit in Frankfurt und der Rhein-Main-Region noch wirkungsvoller und sichtbarer machen – von der Internationalisierung über die Forschungsinfrastrukturen bis zur Personalgewinnung. Letzteres ist gerade angesichts des zunehmenden Wettbewerbs um die besten Köpfe in der Wissenschaft ein wichtiger Schritt. Das Hessische Ministerium für Wissenschaft und Forschung, Kunst und Kultur unterstützt die Frankfurt Alliance deshalb in diesem und im kommenden Jahr insgesamt mit mehr als einer halben Million Euro.“

Mike Josef, Oberbürgermeister der Stadt Frankfurt, sagt: „Das neue Wissenschaftsnetzwerk ist eine großartige Initiative, auf die auch viele gewartet haben. Frankfurt ist ein exzellenter Wissenschafts- und Forschungsstandort, damit muss die Stadt noch weiter verbunden werden, die Initiative ist ein wichtiger Schritt dazu. Eine bessere Vernetzung unserer Wissenschafts- und Forschungseinrichtungen auch auf Verwaltungsebene erhöht die Attraktivität der ganzen Region, so können wir Fachkräfte besser anwerben und binden.“

Dr. Bastian Bergerhoff, Stadtkämmerer der Stadt Frankfurt, ist überzeugt: „Hier hat sich ein extrem starkes Bündnis zusammengefunden, das dem Wissenschaftsstandort Frankfurt Auftrieb geben und die Zusammenarbeit in der Region befördern wird. Denn Wissenschaft ist auch ein Motor für Wirtschaft, Kultur und Stadtgesellschaft und schafft materiellen und immateriellen Wohlstand. Die Wissenschaft ist so in jeder Hinsicht ein Standortfaktor. Hier liegt ein erhebliches Potenzial, dass gemeinsam noch besser genutzt werden kann.“

Prof. Dr. Enrico Schleiff, Präsident der Goethe-Universität: „Die heutige Unterzeichnung des Memorandum of Understanding ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg hin zu einer noch engeren Vernetzung unserer Wissenschaftsinstitutionen in Frankfurt. Gemeinsam verfügen wir über ein einzigartiges Potenzial, die wichtigen Zukunftsfragen zu bearbeiten und in einen produktiven Austausch mit der Öffentlichkeit zu treten. Ich freue mich schon auf das Wissenschaftsfestival im September! Das wird, davon bin ich überzeugt, mit einem spannenden Programm viele interessierte Menschen aus der Region Frankfurt/Rhein-Main und darüber hinaus zusammenbringen und zeigen, wie wirkungsvoll die Wissenschaft in Frankfurt für die Wirtschaft, die Gesellschaft und die politische Meinungsbildung ist.“ (CP)

An der Frankfurt Alliance sind beteiligt:

• DIPF | Leibniz-Institut für Bildungsforschung und Bildungsinformation
• Leibniz-Institut für Finanzmarktforschung SAFE
• Leibniz-Institut für Friedens- und Konfliktforschung (PRIF)
• Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung (SGN)
• GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
• Fraunhofer-Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie (ITMP)
• Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie (SIT)
• Max-Planck-Institute für Biophysik (MPIBP), für Empirische Ästhetik (MPIAE), für Herz- und Lungenforschung (MPIHL), für Hirnforschung (MPIBR) und für Rechtsgeschichte und Rechtstheorie (MPILHLT)
• Ernst Strüngmann Institut (ESI)
• Paul-Ehrlich-Institut (PEI)
• Deutsches Konsortium für Translationale Krebsforschung – Standort Frankfurt (DKTK)
• Goethe-Universität Frankfurt

Weitere Informationen

• Pressemitteilung der Goethe-Universität Frankfurt

Die Quantenelektrodynamik (QED) – die Quantenfeldtheorie, die die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie beschreibt – ist einer der wichtigsten Eckpfeiler des Standardmodells und gilt als die am besten überprüfte Quantenfeldtheorie. Allerdings zeigen jüngste hochpräzise Messungen des gyromagnetischen Faktors des Myons und der Feinstruktur von Positronium erhebliche Abweichungen von den neuesten theoretischen QED-Berechnungen und unterstreichen so den Bedarf an weiteren, ergänzenden Tests.

Derzeit basieren die meisten rigorosen Überprüfungen der QED auf sehr präzisen Untersuchungen, die im Bereich relativ geringer elektromagnetischer Feldstärken und leichter Atome und Ionen durchgeführt werden. Dort ermöglichen es störungstheoretische Methoden sehr effizient, die Effekte der QED zu beschreiben. Im Bereich der extremen Felder schwerer Ionen bewegen sich die QED-Berechnungen hingegen in einem völlig anderen, nicht-störungstheoretischen Bereich (in Bezug auf die Kernladung), was genaue theoretische Vorhersagen erheblich erschwert. Gleichzeitig sind Experimente in diesem Bereich ebenfalls äußerst anspruchsvoll, so dass QED-Tests in starken Feldern derzeit noch nicht mit der hohen Präzision erreicht werden konnten, wie sie für leichte Atome erzielt wird. Für den Bereich der schwersten Ionen sind somit neue Überprüfungen erforderlich. Dort sind die gebundenen Elektronen dem extrem starken elektromagnetischen Feld des schweren Kerns ausgesetzt, welches die Feldstärken der intensivsten heute verfügbaren Laser um mehrere Größenordnungen überschreitet.

Die GSI/FAIR-Beschleunigeranlage verfügt derzeit über die weltweit einzigartige Möglichkeit selbst schwerste Ionen in beliebigen Ladungszuständen zu erzeugen und in dem dedizierten Speicherring ESR zu speichern und zu kühlen. Das internationale Forschungsteam nutzte den ESR, um auf der Grundlage von Röntgenspektroskopiemessungen einen neuen stringenten Test an heliumähnlichem Uran (mit zwei gebundenen Elektronen), dem einfachsten und schwersten Vielelektronen-Atomsystem, durchzuführen und seine Übergangsenergie mit der Energie ähnlicher Übergänge in lithiumähnlichen (drei Elektronen) und berylliumähnlichen Uran-Ionen (vier Elektronen) zu vergleichen.

Für die Messung wurden spezielle Bragg-Kristallspektrometer entwickelt und an der Gas-Jet-Wechselwirkungskammer des ESR installiert. Im Gegensatz zu früheren Experimenten nutzten die Forschenden eine neue Kalibrierungsmethode, die auf einer Kombination aus variablen und stationären Energiereferenzen beruht. Unter anderem diese neue Methode ermöglichte einen Genauigkeitsgewinn bei der Bestimmung der absoluten Übergangsenergie von fast einer Größenordnung. Die erzielte Genauigkeit von 37 Millionsteln erlaubt zum ersten Mal für schwere heliumähnliche Ionen die Prüfung von QED-Effekten hoher Ordnung und setzt einen neuen, wegweisenden Maßstab für die QED im Starkfeldbereich. Außerdem ermöglicht diese Genauigkeit insbesondere die Unterscheidung zwischen verschiedenen theoretischen Modellen und Näherungen, die in den letzten Jahrzehnten entwickelt wurden. Darüber hinaus konnten durch den Vergleich der Übergangsenergien für die verschiedenen Uranionen erstmals die Ein-Elektronen- und Mehrelektronen-QED-Effekte in einem solchen Starkfeldbereich getrennt überprüft werden. (CP)

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• Wissenschaftliche Veröffentlichung im Fachmagazin Nature

Die Teilnehmenden profitierten hier insbesondere von der langjährigen Erfahrung des Trainers Ian Tracey im Bereich der Unterstützung von Entrepreneur*innen in forschungs- und technologieintensiven Umgebungen, wie diese ihr Potenzial entfalten und erfolgreiche Unternehmen aufbauen können und wie es gelingen kann, mit diesen die Gesellschaft zu erreichen. Viola Hay, mit reichhaltiger Erfahrung in europäischen Programmen und Fördermöglichkeiten, bot zudem wertvolle Einblicke und mögliche Strategien in den Zugang zur Horizon-Europe-Förderung und in die Identifizierung potenzieller Konsortialpartner.

Der Workshop bot eine tiefgehende Erkundung des unternehmerischen Prozesses mit Sitzungen wie „Wie schreibe ich einen Businessplan, wie gründet man ein Unternehmen?“. Diese Sessions beleuchteten den komplexen Prozess der Unternehmensgründung, Technologievermarktung, Teambildung, Strategien zur Markteinführung und verschiedene Geschäftsmodelle durch interaktive Spiele und Teamübungen.

Die Teilnehmenden hatten zudem in einer eigenen „Career Session“ die Gelegenheit, sich mit internationalen Expert*innen und anderen Unternehmern auszutauschen und von inspirierenden Erfolgsgeschichten zu lernen, wie Sie ein starkes Forschungsprofil entwickeln und sich ein berufliches Netzwerk aufbauen können.

Ein zentraler Fokus des öffentlichen „Start-up Afternoons“ lag auf dem Schutz wertvoller Ideen beispielsweise vor Nachahmer*innen. Die Diskussion unterstrich die Bedeutung des Ideenschutzes in der Wissenschaft und behandelte Aspekte wie Erfindungen, Patentierung, Know-how, Open Source, und deren Weiterentwicklung und Kommerzialisierung.

Hier gaben erfahrene Technologietransfer-Referent*innen wie Dr. Matthias Götz, Dr. Timo Smit und Madeleine Mussgnug von Innovectis, der Gesellschaft für Innovations-Dienstleistungen mbH der Goethe-Universität Frankfurt, den Teilnehmenden aufschlussreiche Einblicke in den gesamten Prozess des Unternehmertums.

In einem persönlichen Erfahrungsbericht des Gründers Justin Port von „Betterdrinx“, eines technischen Start-ups der Goethe Universität, und in einem offenen Dialog konnten viele Einblicke in den Weg von der Idee über die Gründung bis zum Wachstum eines technischen Start-ups vermittelt werden.

Am Ende der HEPTrepreneurs Training School 2023 blickten Teilnehmende, Trainer*innen und Organisator*innen auf ein intensives Training mit umfang- und lehrreichem Inhalt sowie auf inspirierende und motivierende Diskussionen zurück– geprägt von der Leidenschaft für die Wissenschaft und von der Schaffung eines nachhaltigen gesellschaftlichen Mehrwerts durch sie. (CP)

Weitere Informationen

• HEPTreprenuers Training School 2023
• GSI/FAIR Start-up Afternoon
• HEPTrepreneurs Veranstaltungsreihe

Gottfried Münzenberg hatte großen Einfluss auf verschiedene Bereiche der modernen Kernphysik und hinterlässt ein bedeutendes wissenschaftliches Erbe. Seine vielfältigen Forschungsarbeiten reichten von der Erforschung exotischer, sehr leichter Kerne bis hin zu den superschweren Kernen und berührten dabei sowohl grundlegende physikalische Fragstellungen als auch praktische Anwendungen. Er schuf wichtige Grundlagen für den Ausbau der GSI-Anlagen, prägte das wissenschaftliche Programm am Super-FRS, wirkte am Design der neuen Apparaturen mit und initiierte die Gründung der NUSTAR-Kollaboration an FAIR.

Während seiner Zeit bei GSI leistete er entscheidende Beiträge zur Entdeckung der superschweren Elemente und war an der Justus-Liebig-Universität in Gießen federführend am Design und der Konstruktion des Geschwindigkeitsfilters SHIP beteiligt. Er war Leiter der SHIP-Experiment-Gruppe zur Synthese der neuen chemischen Elemente Bohrium, Hassium und Meitnerium und als Mitglied des Entdeckerteams maßgeblich an der Synthese der Elemente Darmstadtium, Roentgenium und Copernicium beteiligt. Zudem war Münzenberg Mitentdecker der doppelt magischen Kerne Zinn-100 und Nickel-78 sowie des Protonen-Halos in Bor-8. Weiterhin führte sein wissenschaftliches Engagement zur Entdeckung von über 220 neuen Isotopen und mehr als 350 neuen Massenmessungen verschiedener Isotope.

Gottfried Münzenberg hat sich als Professor für Experimentalphysik an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und als Leiter der Abteilungen Kernstruktur und Kernchemie bei GSI internationales Ansehen erworben. Er zeichnete sich als Wegbereiter zahlreicher internationaler Kooperationen aus und engagierte sich leidenschaftlich für die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses.

Für seine herausragenden wissenschaftlichen Leistungen erhielt Professor Münzenberg zahlreiche hochrangige Auszeichnungen und Ehrungen, darunter den Röntgenpreis der Justus-Liebig-Universität in Gießen, den Physikpreis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, den Otto-Hahn-Preis der Stadt Frankfurt, die Goldmedaille der Comenius Universität in Bratislava, die SUNAMCO-Medaille der IUPAP, den Lise Meitner Preis der European Physical Society und die Ehrenmedaille der Hellenic Nuclear Physics Society.

GSI und FAIR werden Gottfried Münzenberg als herausragenden Wissenschaftler, geschätzten Impulsgeber, vor allem aber als einen großartigen Menschen voller Herzlichkeit und mit einem unvergleichlichen Sinn für geistreichen Humor in bleibender Erinnerung behalten. Seine Klugheit, Wärme und Freundschaft bleiben für Kollegen und Freunde unvergesslich. Das Management von GSI/FAIR spricht seiner Familie sein tief empfundenes Beileid aus.

Der HELIAC ist ein neuartiger supraleitender Linearbeschleuniger, der gemeinsam von HIM und GSI/FAIR gebaut wird. HELIAC soll auf Jahrzehnte hinaus intensive Dauerstrich-Ionenstrahlen (engl. continuous wave oder cw) für Spitzenforschung liefern, die sich von superschweren Elementen bis zur Materialwissenschaft erstreckt. Die Leistung hängt entscheidend von der Güte des Übergangs und der aufwendigen Strahlanpassung von dem normalleitenden Injektor zum supraleitenden Teil der Maschine ab.

Simon Lauber hat im Rahmen seiner Promotionsarbeit entscheidende und zukunftsweisende Beiträge geleistet, die für die Realisierung des gesamten HELIAC-Projekts von immenser Bedeutung sind. Um eine korrekte Phasenraumanpassung zu ermöglichen, muss der komplette sechsdimensionale Phasenraum explizit bekannt sein. Kürzlich wurden ausreichend experimentelle Daten über die Form der Teilchenpakete im Strahl, der sogenannten „Bunches“, mit einem neuartigen Messgerät gesammelt, um die longitudinalen Strahlcharakteristiken mit einem von Lauber neu entwickelten Algorithmus zu rekonstruieren. Zur Vermessung des an die Akzeptanz des supraleitenden Teils anzupassenden transversalen Phasenraums hat Lauber ein komplexes Strahlkollimationssystem entworfen, gebaut und in Betrieb genommen. Dieses Kollimationssystem ermöglicht die punktgenaue Vermessung der HELIAC-Akzeptanz.

Zusammen mit der Methode zur Rekonstruktion des longitudinalen Phasenraums ist dies ein entscheidendes Werkzeug zur Abstimmung und Optimierung des gesamten HELIAC. Auf der Basis eines von Simon Lauber entwickelten komplexen Simulationscodes wurden wesentliche strahldynamische Untersuchungen für den Bau einer normalleitenden interdigitalen H-Mode-Driftröhrenstruktur für die Beschleunigung schwerer Ionen im Hochleistungs-cw-Betrieb durchgeführt. Die dafür verwendete Struktur mit alternierender Phasenfokussierung (APF) ermöglicht einen Aufbau des Beschleunigers ohne zusätzliche interne Fokussierlinsen und damit eine sehr kompakte und effiziente Beschleunigerstruktur.

Der FAIR-GSI PhD Award wird jährlich für eine hervorragende Dissertation des Vorjahres vergeben. Nominiert werden können Arbeiten, die von GSI im Rahmen von strategischen Partnerschaften mit den Universitäten Darmstadt, Frankfurt, Gießen, Heidelberg, Jena und Mainz oder im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsprogramms gefördert wurden. Im Rahmen der Graduiertenschule HGS-HIRe (Helmholtz-Graduiertenschule für Hadronen- und Ionenforschung) forschen derzeit mehr als 300 Doktorand*innen im Rahmen ihrer Promotion zu mit GSI/FAIR verbundenen Themen. Mit dem Sponsor des Preises, der Pfeiffer Vacuum GmbH, verbindet GSI eine langjährige Partnerschaft. Pfeiffer Vacuum ist ein weltweit führender Anbieter von Vakuumlösungen. Neben Turbopumpen umfasst das Produktportfolio Vorvakuumpumpen, Lecksucher, Mess- und Analysegeräte, Vakuumkomponenten sowie Vakuumkammern. Lösungen von Pfeiffer Vacuum werden seit Jahrzehnten erfolgreich in den GSI-Anlagen eingesetzt. (CP)

Die perfekte Explosion im Weltraum – Das Rätsel der sphärischen Kilonova

Faszination Forschung: Große Resonanz beim Tag der offenen Tür von GSI und FAIR

FAIR-Baustelle: Rohbauarbeiten und Technische Gebäudeausrüstung (Drohnenvideo)

25 Jahre Tumortherapie: Präzise Waffen im Kampf gegen den Krebs

Erfolgreiches Experiment mit FAIR-Detektor in Japan – Erstmalige Messung des Kerns Sauerstoff-28

Element Darmstadtium feiert Geburtstag – GSI/FAIR präsentieren sich im Luisencenter in Darmstadt

Europäische Union fördert GSI-Forschungsprojekt zur Tumortherapie in Millionenhöhe: Renommierter ERC-Preis für Professor Christian Graeff aus der Biophysik

(LW)

Einen Schwerpunkt auf die Physik an der bestehenden GSI- und der zukünftigen FAIR-Beschleunigeranlage setzend, wird es in weiteren Vorträgen auch um die Reaktionen am FAIR-Experiment für komprimierte Kernmaterie CBM und um die Bestrahlung von Tumoren mittels kurzen und intensiven Strahlpulsen, genannt FLASH, gehen. Zwei weitere Vorträge beleuchten kosmische Vorgänge wie Supernovae und Neutronensternverschmelzungen als Orte für die Elemententstehung im Universum. Ein das Halbjahr abschließender Beitrag verdeutlicht die Wichtigkeit hoher Genauigkeit und Präzision für den Gewinn neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse.

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, 24.01.2024, 14 Uhr
  Billard mit Quantensystemen bei mehr als 2∕3 Lichtgeschwindigkeit
  Dr. Haik Simon, GSI/FAIR
   
• Mittwoch, 14.02.2024, 14 Uhr
  Kosmische Laboratorien für Kernphysik
  Prof. Almudena Arcones, Technische Universität Darmstadt
   
• Mittwoch, 27.03.2024, 14 Uhr
  Neutronensternverschmelzungen – Einblicke in den Geburtsort der schwer(st)en Elemente im Universum
  Dr. Andreas Flörs, GSI/FAIR
   
• Mittwoch, 24.04.2024, 14 Uhr
  Die Physik elementarer Reaktionen am FAIR-Experiment CBM
  Prof. James Ritman, GSI/FAIR
   
• Mittwoch, 15.05.2024, 14 Uhr
  Total geFLASHt! – Tumortherapie mit ultrahohen Strahlendosen in kurzer Zeit
  Dr. Christoph Schuy, GSI/FAIR
   
• Mittwoch, 12.06.2024, 14 Uhr
  Pi-mal-Daumen ist zu wenig – Mit Präzision auf der Suche nach neuer Physik
  Prof. Hartmut Wittig, Johannes Gutenberg-Universität Mainz

GSI und FAIR gehören zu den größten Herstellern supraleitender Beschleuniger-Magnetsysteme in Europa. Hierfür war es notwendig, in der Projektvorlaufphase bei GSI ein herausragendes Know-how im Bereich supraleitender System aufzubauen. Heute steht GSI in Kontakt mit allen einschlägigen europäischen Lieferanten. Für europäische Forschungslabore und die europäische Industrie besteht ein großes Potenzial, neue innovative Konzepte für mehr Nachhaltigkeit und Energieeffizienz an Beschleunigern anzuwenden und sie damit für den zukünftigen Einsatz in Energiesystemen öffentlicher und privater Einrichtungen zu qualifizieren.

Bei dem Workshop gab es einen regen Austausch über den Bedarf an weiterer Verbesserung der Schlüsselparameter und der Leistung. Vorgestellt wurden Studien und Entwicklungen zur Steigerung der Energieeffizienz von großen Beschleunigeranlagen und für Energiesysteme im öffentlichen Sektor. Ein Kernthema waren Synergien in der Entwicklung zukünftiger Supraleitungstechnologie hinsichtlich ihrer Anwendung in Teilchenbeschleunigern und Energiesystemen. Das I.FAST-Programm („Innovation Fostering in Accelerator Science and Technology“), bei dem GSI/FAIR an mehreren Arbeitspaketen beteiligt ist, lieferte den Rahmen und die Motivation für den Workshop. I.FAST ist ein Förderprojekt der EU, das darauf abzielt, neue Entwicklungen im Bereich der beschleunigergestützten Forschungsinfrastrukturen voranzutreiben und innovative Technologien zu fördern. Beiträge von GSI zum Projekt sind unter anderem die Entwicklung neuer supraleitender Kabel und Ansätze für Nachhaltigkeit und Energieeffizienz von Teilchenbeschleunigeranlagen.

Die europäischen Energieversorgungssysteme sind insgesamt stark im Wandel, was die Entwicklung und Anwendung neuer Technologien erfordert. Insbesondere in Bezug auf die Umstellung der Energieträger kann Supraleitung eine Schlüsselrolle spielen. Zur Bedienung eines großen Teils der benötigten Energiemengen unserer Gesellschaft werden derzeit vorwiegend Energieträger in flüssiger, fester oder gasförmiger Form eingesetzt, deren Transport überwiegend in Rohrsystemen und Tanklastwagen erfolgt. Eine angestrebte Umstellung von chemischen auf elektrische Energieträger würde erfordern, dass in Zukunft enorme Energiemengen durch Kabel (also die bestehende elektrische Netzinfrastruktur) transportiert werden. Dabei sind jedoch hohe Leitungsverluste und Beschränkungen zu erwarten, die potentiell beim Transport in supraleitenden Energiekabeln vermieden werden könnten. Aktuelle Entwicklungen bei GSI/FAIR, am CERN und andere zukünftige Teilchenbeschleunigertechnologien liefern hierzu wesentliche Impulse und können damit zum Nutzen der Gesellschaft eingesetzt werden. Insbesondere die großen Fortschritte bei der Massenproduktion von Hochtemperatur-Supraleitermaterialien und Preisreduktionen ermöglichen in Zukunft großtechnische Anwendungen.

Das Thema Nachhaltigkeit ist für GSI und FAIR ein zentrales Anliegen. So lag es auch im besonderen Interesse, Ansätze zur mittelfristigen Senkung des Energieverbrauchs von Großanlagen hervorzuheben. Beispielsweise kann der Austausch von Kupferspulen, die durch Energie-Dissipation höhere Energieverluste mit sich bringen, durch supraleitende Spulen den Energieverbrauch von Strahlführungssystemen senken.

Besondere Bedeutung bei dem Workshop hatte auch die Frage, in welcher Form die Zusammenarbeit zwischen Beschleunigerzentren und Industrie in Zukunft intensiviert werden kann. Es bestand Konsens, dass die Entwicklung von Hightech-Produkten eine langfristige Zusammenarbeit und eine frühe Einbindung der Industrie erfordern. Um dies optimal zu gestalten, sind geeignete Anpassungen der gesetzlichen Rahmenbedingungen sinnvoll. Genau mit diesen Fragen beschäftigt sich auch eine Arbeitsgruppe des I.FAST-Programms. Das Ergebnis soll ein Leitfaden zur frühen und dauerhaften Einbindung der Industrie in Entwicklungen von Beschleunigerzentren sein. (BP)

Das neue Gebäude des Helmholtz-Instituts Jena, einer Außenstelle des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt, wurde in knapp 2,5 Jahren Bauzeit 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, die sowohl für die gestiegene Zahl an Mitarbeitenden als auch für den Umfang von Labor- und Forschungsequipment nötig sind. Durch den von „Osterwold°Schmidt EXP!ANDER Architekten“ entworfenen Neubau stehen rund 550 Quadratmeter mehr Nutzfläche zur Verfügung. In den beiden obersten Etagen gibt es Büros und einen Seminarraum, während sich in den beiden unteren Geschossen neben Technik und Versorgung größtenteils Forschungslabore befinden. Der viergeschossige, würfelförmige Bau schließt im Untergeschoss an das Targetlabor im Nachbargebäude an.

Für den nun preisgekrönten Forschungsneubau war vom Thüringer Infrastrukturministerium ein Architektenwettbewerb ausgeschrieben worden. Als Sieger ging ein regionales Büro hervor: Die Jury entschied sich einstimmig für den Entwurf des Büros „Osterwold°Schmidt EXP!ANDER Architekten“ aus Weimar, welche 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 feierliche Eröffnung nach der gelungenen gemeinsamen Umsetzung mit den „Osterwold°Schmidt EXP!ANDER Architekten“ fand im November 2022 statt. Die 8,9 Mio. Euro Baukosten des Forschungsgebäudes wurden vollständig durch Landesmittel des Thüringer Ministeriums für Infrastruktur und Landwirtschaft finanziert.

Mit dem architektonisch herausragenden, zusätzlichen Institutsgebäude konnten die infrastrukturellen Voraussetzungen für die Spitzenforschung, die künftig am HI Jena stattfindet und seit der Institutsgründung im Jahr 2009 betrieben wird, weiter verbessert werden. 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 HI-Jena bietet herausragende Forschung im Bereich der Kopplung intensiver Photonenfelder und unterstützende Entwicklung von adäquater Instrumentierung. Zudem wird durch das Helmholtz-Institut Jena die enge Verbindung zwischen der Universität und der Großforschungseinrichtung GSI sowie dem bei GSI in Darmstadt entstehenden internationalen Beschleunigerzentrum FAIR weiter ausgebaut und gestärkt. (BP)

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Über das Helmholtz-Institut Jena

Über Osterwold°Schmidt EXP!ANDER Architekten

Einem internationalen Forschungsteam ist ein entscheidender Schritt zu einer neuen Generation von Atomuhren gelungen. Am europäischen Röntgenlaser European XFEL haben die Forschenden auf Basis des Elements Scandium einen wesentlich exakteren Taktgeber erzeugt, der eine Genauigkeit von einer Sekunde in 300 Milliarden Jahren ermöglicht – das ist rund tausendmal präziser als die Standard-Atomuhr auf Cäsium-Basis. Das Team, zu dem auch Wissenschaftler*innen des Helmholtz-Instituts Jena, einer Außenstelle des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, gehören, stellte seinen Erfolg nun im Fachblatt „Nature“ vor.

Atomuhren sind derzeit die genauesten Zeitmesser. Als Taktgeber nutzen sie bislang Elektronen in der Atomhülle chemischer Elemente, zum Beispiel Cäsium. Diese lassen sich mit Mikrowellen einer bekannten Frequenz auf ein höheres Energieniveau anheben. Dabei absorbieren sie die Mikrowellenstrahlung. Eine Atomuhr bestrahlt Cäsiumatome mit Mikrowellen und regelt die Frequenz der Strahlung so, dass die Mikrowellen möglichst stark absorbiert werden, Fachleute nennen dies eine Resonanz. Der Quarzoszillator, der die Mikrowellen erzeugt, lässt sich mit Hilfe der Resonanz so stabil halten, dass Cäsium-Uhren in 300 Millionen Jahren auf eine Sekunde genau gehen.

Ausschlaggebend für die Genauigkeit einer Atomuhr ist die Breite der verwendeten Resonanz. Aktuelle Cäsium-Atomuhren verwenden bereits eine sehr schmale Resonanz, eine höhere Genauigkeit erreichen Strontium-Atomuhren mit nur einer Sekunde auf 15 Milliarden Jahren. Eine weitere Verbesserung lässt sich mit der Anregung von Elektronen praktisch nicht mehr erzielen. Bereits seit einigen Jahren arbeiten Teams weltweit daher an einer Atomkernuhr („nuclear clock“), die Übergänge im Atomkern statt in der Atomhülle als Taktgeber nutzt. Diese Kernresonanzen sind deutlich schärfer als die Resonanzen von Elektronen in der Atomhülle, aber auch deutlich schwieriger anzuregen.

Am European XFEL konnte das Team nun einen Übergang im Kern des Elements Scandium, das als hochreine Metallfolie oder Scandiumdioxid leicht erhältlich ist, als vielversprechenden Kandidaten anregen. Diese Resonanz erfordert Röntgenstrahlung mit einer Energie von 12,4 Kilo-Elektronenvolt (das ist etwa 10 000 Mal so viel wie die Energie von sichtbarem Licht) und hat eine Breite von nur 1,4 femto-Elektronenvolt (feV). Das sind 1,4 billiardstel Elektronenvolt und damit lediglich etwa ein Zehntel Trilliardstel der Anregungsenergie (10^-19). Damit ist eine Genauigkeit von 1:10 000 000 000 000 000 000 möglich. „Das entspricht einer Sekunde in 300 Milliarden Jahren“, sagt DESY-Forscher Ralf Röhlsberger, der am Helmholtz-Institut Jena arbeitet, der GSI-Außenstelle auf dem Campus der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Weitere Partnerinstitutionen des HI-Jena sind die Helmholtzzentren DESY und Dresden-Rossendorf (HZDR).

Atomuhren haben zahlreiche Anwendungen wie beispielsweise die exakte Ortung mit Hilfe der Satellitennavigation, die von einer Verbesserung der Genauigkeit profitieren. „Das wissenschaftliche Potenzial der Scandium-Resonanz wurde bereits vor mehr als 30 Jahren erkannt“, berichtet der Projektleiter des Experiments, Yuri Shvyd'ko vom Argonne National Laboratory in den USA. „Bislang war jedoch keine Röntgenquelle verfügbar, die innerhalb der 1,4 feV schmalen Linie von Scandium hell genug leuchtet“, sagt Anders Madsen, leitender Wissenschaftler an der MID-Experimentierstation am European XFEL, wo das Experiment stattgefunden hat. „Das änderte sich erst mit Röntgenlasern wie dem European XFEL.“ In dem bahnbrechenden Experiment bestrahlte das Team eine 0,025 Millimeter dünne Scandiumfolie mit Röntgenlaserlicht und konnte ein charakteristisches Nachleuchten detektieren, welches von den angeregten Atomkernen ausgesendet wurde und ein eindeutiger Nachweis der extrem schmalen Resonanzlinie des Scandium ist.

Wichtig für den Bau von Atomuhren ist auch die exakte Kenntnis der Resonanzenergie, also der Energie der Röntgenlaserstrahlung, bei der die Resonanz eintritt. Durch eine ausgeklügelte extreme Rauschunterdrückung und hochauflösende Kristalloptiken ließ sich in den Versuchen der Wert der Scandium-Resonanzenergie mit 12,38959 keV bis auf die fünfte Stelle hinter dem Komma bestimmen, das ist 250-fach genauer als bisher. „Die genaue Bestimmung der Übergangsenergie ist ein bedeutender Fortschritt“, betont der Leiter der Datenanalyse, Jörg Evers vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg. „Die exakte Kenntnis dieser Energie ist von enormer Bedeutung für die Realisierung einer Atomuhr auf der Basis von Scandium.“ Die Forscherinnen und Forscher erkunden nun weitere Schritte zur Verwirklichung einer solchen Atomkernuhr.

„Der Durchbruch bei der Resonanzanregung von Scandium und der präzisen Messung ihrer Energie eröffnet nicht nur neue Möglichkeiten für Atomkernuhren, sondern auch in der Ultrapräzisionsspektroskopie und für die Präzisionsmessung von fundamentalen physikalischen Effekten“, erläutert Shvyd'ko. Dazu ergänzt Olga Kocharovskaya von der Texas A&M University in den USA, Initiatorin und Leiterin des Projekts, welches von der National Science Foundation der USA gefördert wurde: „Eine solch hohe Genauigkeit könnte beispielsweise ermöglichen, die gravitative Zeitdilatation auf Entfernungen im Submillimeterbereich zu untersuchen. Dies würde Studien über relativistische Effekte auf Längenskalen ermöglichen, die bisher unzugänglich waren.“

An der Arbeit waren Forschende vom Argonne National Laboratory in den USA, dem Helmholtz-Institut Jena, der Friedrich-Schiller-Universität Jena, der Texas A&M University in den USA, dem Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, der polnischen Synchrotronstrahlungsquelle SOLARIS in Krakau, vom European XFEL und von DESY beteiligt. (DESY/BP)

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Newsveröffentlichung des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY

Wissenschaftliche Publikation: Resonant X-ray excitation of the nuclear clock isomer ⁴⁵Sc; Yuri Shvyd’ko, Ralf Röhlsberger, Olga Kocharovskaya, et al.; „Nature“, 2023

Zwei der führenden europäischen Zentren für die Erforschung und Anwendung schwerer Teilchen in der Onkologie werden sich im Rahmen des Projekts „CROSS“ zusammentun, um zum ersten Mal in einem lebenden Organismus zu untersuchen, ob die Sequenz von Kohlenstoffionen gefolgt von Photonen bei der Behandlung strahlenresistenter Tumoren wirksamer ist als die umgekehrte Bestrahlungsreihenfolge. Die Studie ist Teil einer langjährigen Zusammenarbeit, in deren Rahmen das Nationale Zentrum für onkologische Hadronentherapie CNAO in Pavia und das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt an verschiedenen anderen gemeinsamen Forschungsprojekten beteiligt sind.

CNAO hat vom italienischen Ministerium für auswärtige Angelegenheiten und internationale Zusammenarbeit (MAECI) einen Zuschuss in Höhe von 385.600 Euro im Rahmen einer Ausschreibung erhalten, die darauf abzielt, italienischen Forschenden den Zugang zu bestimmten wissenschaftlichen Spitzeninfrastrukturen in Deutschland zu erleichtern, die in Italien so nicht zur Verfügung stehen. Dank des Zuschusses wird eine Gruppe von CNAO-Forschenden Zugang zum GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt erhalten, einem weltweit führenden Zentrum für radiobiologische Forschung, das über eine Beschleunigeranlage verfügt, die auch für die Durchführung von In-vivo-Experimenten ausgerüstet ist. Die CNAO-Wissenschaftler*innen werden vom Team von Professor Marco Durante, Direktor der GSI-Abteilung Biophysik und einer der international führenden Experten für Strahlenbiologie und medizinische Physik, betreut und unterstützt.

Das Forschungsprojekt, für das der MAECI-Zuschuss gewährt wurde, heißt “CROSS” (“Combination of X-Ray and Carbon-iOns for radioresiStant tumorS”) und zielt darauf ab, in einem Mausmodell des Osteosarkoms, eines strahlenresistenten Tumors, zu untersuchen, ob die Mixed-beam-Strahlentherapie mit Kohlenstoffionen gefolgt von Photonen wirksamer ist als die umgekehrte Sequenz (Photonen gefolgt von Kohlenstoffionen).

„Es gibt verschiedene klinische Erfahrungen mit der Behandlung von strahlenresistenten Tumoren mit gemischten Strahlen“, erklärt Amelia Barcellini, Hauptforscherin der Studie, Strahlentherapeutin am CNAO und Doktorandin an der Universität Pavia im Studiengang Experimentelle Medizin. „Bei dieser Art von Neoplasien (Neubildung von Körpergewebe) wird in der klinischen Praxis ein früher Boost mit Kohlenstoffionen vor der Behandlung mit Photonen bevorzugt, um die strahlenbiologischen Vorteile der Partikel zu nutzen und so die Empfindlichkeit des Tumors für den zweiten Teil der Strahlentherapie mit Photonen zu erhöhen. Die derzeitigen präklinischen Daten reichen jedoch nicht aus, um zu beweisen, dass diese Sequenz die bessere ist. CROSS wird zum ersten Mal in einem In-vivo-Experiment den Unterschied zwischen den beiden Sequenzen (Kohlenstoff-Ionen + Röntgenstrahlen gegenüber Röntgenstrahlen + Kohlenstoff-Ionen) in Bezug auf Tumorreaktion, Immunogenität, Hypoxie und Toxizität bewerten.“

„Unsere Hypothese ist, dass der Einsatz von Kohlenstoffionen zu Beginn der Behandlung die wirksamste Strategie ist“, sagt Angelica Facoetti, Leiterin der experimentellen Radiobiologie am CNAO. „Die in vitro gewonnenen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Kohlenstoffionen durch die Stimulierung der Anti-Tumor-Aktivität des Immunsystems, die Verursachung nicht reparabler DNA-Schäden an neoplastischen Zellen und die Förderung der zellulären Re-Oxygenierung den Weg 'ebnen' und die Wirkung der nachfolgenden Röntgenbestrahlung optimieren könnten.“

„Die Zusammenarbeit mit CNAO ist für die Abteilung Biophysik der GSI von strategischer Bedeutung und stellt eine Win-Win-Situation dar: Wir verfügen über die bestmögliche Forschungsinfrastruktur, während CNAO ein fortschrittliches klinisches Zentrum für die Kohlenstoffionenbehandlung ist“, betont Professor Marco Durante. „Im Rahmen des CROSS-Projekts werden wir versuchen, eine einfache Frage zu beantworten: Wenn Patient*innen mit einem herkömmlichen fraktionierten Röntgenstrahl und einem Kohlenstoffionen-Boost behandelt werden, ist es dann besser, den Boost vor oder nach den Röntgenstrahlen anzuwenden? Obwohl der Boost manchmal am Ende verabreicht wird, haben wir Grund zu der Annahme, dass es besser ist, mit Kohlenstoff zu beginnen, da er eine starke Reoxygenierung auslösen kann. Das Experiment wird bereits im Februar 2024 im Rahmen der Strahlzeit FAIR-Phase 0 laufen, und wir erwarten spannende Ergebnisse mit großem Umsetzungspotenzial für die klinische Tätigkeit des CNAO. Gemeinsam können wir herausragende Ergebnisse von internationaler Bedeutung erzielen, die nicht nur Europa, sondern der ganzen Welt im Kampf gegen den Krebs zugute kommen werden.“

CNAO und GSI arbeiten seit der Gründung des Zentrums in Pavia aktiv im Bereich der wissenschaftlichen Forschung zusammen. Beide nehmen an dem Projekt HITRIplus (Heavy Ion Therapy Research Integration Plus) teil, das vom Programm Horizont 2020 der Europäischen Union finanziert wird und dessen Koordinator das CNAO ist. Zu den zahlreichen anderen Kooperationen, an denen die beiden Partner beteiligt sind, gehört das FOOT-Experiment (FragmentatiOn Of Target), dessen Ziel es ist, zu analysieren, wie Protonen und Kohlenstoffionen Kerne im menschlichen Körper fragmentieren und so Krebszellen schädigen und abtöten.

Dank des CROSS-Projekts und des erhaltenen Zuschusses haben CNAO und GSI ein neues präklinisches Forschungskonsortium gegründet, das die multidisziplinäre Zusammenarbeit von Strahlenbiologie, Biophysik und Medizin bei der Behandlung von Tumoren mit schweren Ionen ermöglichen wird. Dadurch können wichtige Fortschritte auf dem Gebiet der Strahlentherapie mit gemischten Strahlen erzielt werden. (CNAO/BP)

Weitere Informationen

CNAO, Nationales Zentrum für onkologische Hadronentherapie

Projekt HITRIPlus: Heavy Ion Therapy Research Integration

FOOT-Experiment FragmentatiOn Of Target

Mit den drei Sessions „Allgemeine KI“, „KI für Cybersicherheit und Cybersicherheit für KI“ und „Diagnostik und vorbeugende Wartung und Assistenten“ sowie einer speziellen Postersitzung mit 30 Beiträgen bot das Symposium Forschenden und Industrieexpert*innen eine Plattform, um ihre innovativen Projekte vorzustellen. Die Postersitzung bot umfangreiche Möglichkeiten für Networking und intensive Diskussionen unter den Teilnehmenden.

Während der gesamten Veranstaltung beteiligten sich Expert*innen von GSI/FAIR aktiv am Wissensaustausch. Dr. Lennart Volz von der GSI-Forschungsabteilung Biophysik hielt einen Vortrag über „KI in der Strahlentherapie“, in dem er das transformative Potenzial von KI in der modernen Krebsbehandlung hervorhob. Darüber hinaus präsentierten mehrere Repräsentant*innen von GSI/FAIR aufschlussreiche Poster, die ihre Beiträge zu den Bereichen „Allgemeine KI“ und „Diagnostik und präventive Wartung und Assistenten“ beleuchteten.

Die Wirkung der AISTAR 2023 ging über die physischen Teilnehmer hinaus, mit über 200 Teilnehmern vor Ort und weiteren 400 Online-Anmeldungen. Die positiven Rückmeldungen belegen den durchschlagenden Erfolg der Veranstaltung. Die AISTAR 2023 war eine inspirierende zweitägige Reise, die die zentrale Rolle von Partnerschaften und Kooperationen bei der Förderung von KI-getriebenen globalen Lösungen hervorhob. Sie brachte verschiedene Gemeinschaften zusammen, darunter Wissenschaftler*innen, Weltraumexpert*innen und KI-Fachleute, und förderte wertvolle Erkenntnisse und Diskussionen.

Über AISTAR

Das Artificial Intelligence Symposium on Theory, Application and Research ist eine zweitägige Veranstaltung mit Fachvorträgen, Networking-Möglichkeiten und spannenden Projektpostern aus den Bereichen Forschung, Methoden und Algorithmen sowie KI-Anwendungen. Das Symposium bringt KI-Expert*innen und -Enthusiast*innen aus der Industrie und dem akademischen Bereich zusammen, um sich zu informieren, zu vernetzen und Ideen auszutauschen. Nach einer erfolgreichen ersten Veranstaltung im Jahr 2021 mit mehr als 1000 Teilnehmern fand AI STAR in 2023 erneut statt, und zwar in einem hybriden Modus, der neue Themen aufgreift, mit der Absicht die KI-Gemeinschaft zu vernetzen und Innovationen zu fördern.

Ziel des Symposiums ist es, konkrete technologische Lösungen für aktuelle und künftige Bedürfnisse der Organisationen zu finden, die Communities zu vernetzen und Interaktionen zu ermöglichen, um den Grundstein für weitere Kooperationen zu legen, und die Öffentlichkeit zu inspirieren und ihr die Möglichkeit zu geben von Expert*innen mehr über KI-Forschung und -Anwendungen zu erfahren.

Weitere Informationen

• AI STAR

Nach einem kurzen Einführungsvortrag lernten die Schüler*innen beispielsweise die bei GSI entwickelte Tumortherapie mit Kohlenstoffionen, die Erzeugung superschwerer Elemente, die Materialforschung oder die Atomphysik am Experimentierspeicherring ESR kennen. Infrastruktureinrichtungen wie der Hauptkontrollraum, das Targetlabor und die Teststände und Lager für die Magnete der zukünftigen FAIR-Anlage standen ebenso auf dem Programm wie ein Ausblick auf die Mega-Baustelle FAIR von der Aussichtsplattform.

Die Veranstaltungsreihe „Saturday Morning Physics“ wurde zum 25. Mal 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. Während der Corona-Pandemie wechselte die Reihe auf ein Online-Format, kehrte aber in diesem Jahr zu einem Hybridformat aus Präsenz und Online-Teilnahme zurück. (CP)

Weitere Informationen

• Webseite Saturday Morning Physics
• GSI/FAIR-Besichtigungen

Die #ErasmusDays 2023 brachten eine beeindruckende Anzahl von Teilnehmenden zusammen, darunter Studierende, Forschende und Vertretende von angesehenen Institutionen wie der Hochschule Darmstadt, der Technischen Universität Darmstadt, dem Unite! - Netzwerk der Hochschulen für Innovation, Technologie und Ingenieurwesen und der Europäischen Technischen Universitäten (EUT+). Das Hauptziel dieses Treffens war die Förderung einer stärkeren Zusammenarbeit, gemeinsamer Innovationen und des Wissensaustauschs im Bereich der Wissenschaft und Technologie. Die Veranstaltung wurde mit einer Begrüßungsansprache von Professor Paolo Giubellino, dem Wissenschaftlichen Geschäftsführer von FAIR und GSI, eröffnet.

„Im Geiste der ErasmusDays bringen wir nicht nur Studierende, Forschende und Einrichtungen zusammen, sondern schlagen Brücken des Wissens, des Verständnisses und der internationalen Zusammenarbeit, die zu einer bessern, stärker vernetzten Welt führen. Die Kraft von Bildung und Mobilität überwindet Grenzen und bereichert uns alle. Lassen Sie uns diese transformative Reise gemeinsam antreten", sagte Professor Paolo Giubellino.

Die Veranstaltung wurde durch inspirierende Redner*innen geprägt, die ihr Wissen und ihre Erfahrungen weitergaben und damit bei den Teilnehmenden einen nachhaltigen Eindruck hinterließen. Zu den Redenden gehörten unter anderem fünf Erasmus+ Alumni, fünf Mentor*innen und zwei Koordinierende großer europäischer Hochschulnetze. Darüber hinaus bot der Tag exklusive Führungen über die FAIR-Baustelle und den GSI-Campus, die einen intensiven Blick hinter die Kulissen der Spitzenforschung und Innovation bei FAIR und GSI ermöglichten.

Einer der Höhepunkte der #ErasmusDays 2023 war eine zum Nachdenken anregende Diskussion über das Thema Nachhaltigkeit in der Mobilität. In diesem Gespräch wurden die unterschiedlichsten Perspektiven beleuchtet, darunter die von Erasmus+ Studierenden, FAIR/GSI-Mentor*innen, Professor*innen der Hochschule Darmstadt und Vertretenden von Studierendenverbänden im Erasmus Student Network (ESN). Die vielschichtige Diskussion unterstrich die drängende Bedeutung nachhaltiger Mobilität in der heutigen Welt. Die Teilnehmenden der Podiumsdiskussion waren sich einig, dass diesem Thema auf allen Ebenen mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden müsse. Bloße Sensibilisierungskampagnen werden auf Dauer nicht hilfreich sein.

Ein herzliches Dankeschön ging an alle Teilnehmenden und Besuchenden, die dazu beitrugen, dass diese Veranstaltung ein voller Erfolg war. Es wurde außerdem appelliert, weiterhin zusammenarbeiten, angetrieben durch das Wissen und die Inspiration, die bei den #ErasmusDays gesammelt wurden, um eine bessere und nachhaltigere Zukunft durch Bildung und Mobilität zu schaffen. (BP)

Weitere Informationen

GET_INvolved-Programm

ErasmusDays

Kontakt

Für Anfragen kontaktieren: Dr. Pradeep Ghosh (International Cooperations), via Pradeep.Ghosh(at)fair-center.eu oder International-cooperations(at)fair-center.eu

Sommerfeldt wurde für seine Dissertation mit dem Titel „All-Order Calculations of Delbrück Scattering“ (dt. Berechnungen der Delbrück-Streuung in allen Ordnungen) und die außergewöhnliche Leistung geehrt, die langjährige Diskrepanz zwischen Experiment und Theorie für den Fall der Delbrück-Streuung gelöst zu haben, einem Starkfeld-QED-Effekt, der mit der elastischen Streuung harter Röntgen- und Gammastrahlen an virtuellen Elektron-Positron-Paaren im starken Coulomb-Feld schwerer Kerne zusammenhängt. Die Resultate seiner Arbeit wurden erst kürzlich in Physical Review Letters publiziert (Phys. Rev. Lett. 131, 061601) und haben große Aufmerksamkeit gefunden, beispielsweise im Beitrag „Physics – Quantum Deflection Unraveled“ der APS.

Der SPARC PhD Award wird 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
• Wissenschaftliche Publikation in Physical Review Letters
• Beitrag „Physics – Quantum Deflection Unraveled“ der APS

Die Polnische Akademie der Künste und Wissenschaften (PAU) ist die älteste Akademie der Wissenschaften in Polen. Dieser seit 1872 aktive Verein, der seine Aktivitäten auf dem internationalen Forum entwickelt, bringt heute mehr als 300 Wissenschaftler*innen und Forschende zusammen. Er hat seinen Hauptsitz in Krakau. Die Mitgliedschaft in der PAU ist Ausdruck höchster Anerkennung für herausragende wissenschaftliche Leistungen.

„Ich fühle mich sehr geehrt und freue mich über die Aufnahme in die Polnische Akademie der Künste und Wissenschaften. Die sich daraus ergebende gemeinsame Arbeit wird unsere bereits starken Verbindungen zu Polen weiter vertiefen“, sagte Professor Peter Braun-Munzinger. Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, sagte: „Ich freue mich sehr, dass Professor Peter Braun-Munzinger, einer der führenden Wissenschaftler in unserer Institution, diese Würdigung erfährt. Polen ist eines der Gründungsmitglieder von FAIR, es gibt dort zahlreiche Exzellenzeinrichtung, mit denen wir eine sehr fruchtbare Partnerschaft pflegen. Die Wahl von Professor Braun-Munzinger wird unsere Zusammenarbeit beim wissenschaftlichen Programm des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR noch weiter vorantreiben.“

Der Kernphysiker Peter Braun-Munzinger, der sich vor allem mit ultrarelativistischen Schwerionenstößen und dem dabei erzeugten Quark-Gluon-Plasma befasst, leitete von 1996 bis 2011 die ALICE-Abteilung bei GSI und war in dieser Zeit auch als Professor an der TU Darmstadt tätig. GSI hat von Beginn an eine führende Rolle bei Bau und wissenschaftlichem Programm von ALICE gespielt, einem der größten Experimente am europäischen Kernforschungszentrum CERN. Hauptziel von ALICE ist es, einen Materiezustand, der bis Sekundenbruchteile nach dem Urknall existierte, das Quark-Gluon Plasma, zu erforschen.

Professor Peter Braun-Munzinger studierte Physik an der Universität Heidelberg, wo er mit summa cum laude promovierte. Als Doktorand war er Stipendiat der Studienstiftung des Deutschen Volkes, danach Post-Doktorand am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg. Ab 1976 war er an der State University of New York at Stony Brook, 1982 wurde er dort Full Professor. Nach seiner Rückkehr nach Deutschland war er 1998 bis 2010 Projektleiter der „Time Projection Chamber“ von ALICE am CERN, von 2011 bis 2016 Vorsitzender des Collaboration Boards von ALICE und von 2011 bis 2014 Helmholtz-Professor bei GSI. Seit Oktober 2014 ist er Honorarprofessor an der Universität Heidelberg.

Von 1984 bis 1987 und erneut von 2000 bis 2002 war Professor Braun-Munzinger außerdem Mitherausgeber von Physical Review Letters, einer der ältesten und angesehensten Fachzeitschriften in der Physik, die von der American Physical Society herausgegeben wird. Das wissenschaftliche Werk von Peter Braun-Munzinger wurde mit zahlreichen Auszeichnungen gewürdigt: Unter anderem wurde er 1994 Fellow der American Physical Society, 2011 Mitglied der Academia Europaea. Im Jahr 2014 erhielt er den Lise-Meitner-Preis, im Jahr 2019 wurde ihm die Stern-Gerlach-Medaille verliehen. (BP)

Die ERC-Consolidator-Grants sind Förderung und Anerkennung gleichermaßen: Sie unterstützen herausragende vielversprechende Wissenschaftler*innen aller Fachbereiche in einem Karrierestadium, in dem sie dabei sind, ihre eigenen unabhängigen Forschungsteams zu konsolidieren, um ihre vielversprechendsten wissenschaftlichen Ideen zu verfolgen. Ausgestattet sind sie mit einer Förderung in Höhe von jeweils maximal zwei Millionen Euro über einen Zeitraum von fünf Jahren.

Professor Christian Graeff ist stellvertretender Leiter der Abteilung Biophysik, Leiter der Gruppe Medizinische Physik innerhalb der GSI-Biophysik und 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. Professor Graeffs 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. Wichtige wissenschaftliche Fortschritte erreichte er auch auf dem Gebiet neuer Therapiekontrollsysteme für das Rasterscanning.

In seinem neuen Projekt mit dem Titel „Portal Range Monitoring in Mixed Ion Beam Surgery“ (PROMISE) will Christian Graeff den Ablauf der Tumortherapie mit geladenen Teilchen weiterentwickeln. „Die Hälfte der jährlich etwa vier Millionen Krebsfälle in Europa wird mit Strahlentherapie behandelt. Während viele Krebspatienten in den letzten Jahren von technischen Verbesserungen profitiert haben, sind die Heilungsraten bei weit verbreiteten Krankheiten wie Bauchspeicheldrüsen- und Lungenkrebs immer noch erschreckend niedrig. Die Kohlenstoffionen-Strahlentherapie (CIRT) bietet eine beispiellose Präzision bei der Verabreichung der Tumordosis und kann für diese Patient*innen die dringend benötigte Wende bringen. Allerdings ist die CIRT noch anfällig für Unsicherheiten bei der Patientenpositionierung, bei anatomischen Veränderungen und Organbewegungen“, erklärte Christian Graeff. Neuartige Strategien für die Bildführung und die Beurteilung der Strahlreichweite seien deshalb entscheidend, um das volle Potenzial der CIRT für die bestmögliche Patient*innenversorgung zu erschließen.

Hier setzt das neue ERC-geförderte Projekt an. Die Idee besteht darin, einen gemischten Strahl für die Behandlung und für die Bildgebung während der Behandlung zu verwenden. PROMISE wird zum ersten Mal gemischte Ionenstrahlen erzeugen, die eine gleichzeitige Behandlung und Bildführung ermöglichen. Kohlenstoff-Ionen liefern die Dosis für das Ziel, während Helium-Ionen, die gleichzeitig auf die gleiche Geschwindigkeit beschleunigt werden, die Patient*innen durchqueren und die Lage des Tumors und die Strahlentfernung überwachen. Damit könnte PROMISE eine Bildgebung ermöglichen, die Echtzeitinformationen über die Zielanatomie liefert, wie sie vom Behandlungsstrahl gesehen wird. In Verbindung mit innovativen Detektoren, KI-basierter Bilderkennung und Online-Dosisrekonstruktion könnte diese Technik eine deutliche Verkleinerung der Sicherheitsmargen und das volle Potenzial der CIRT ausschöpfen.

Die GSI-Beschleuniger eignen sich dabei hervorragend für die Entwicklung des ersten gemischten Strahls aus Kohlenstoff und Helium sowie für Strategien zur kosteneffizienten Übertragung auf bestehende und künftige klinische CIRT-Zentren. Die Methode wird im Rahmen des PROMISE-Projekts experimentell auf dem Campus bei GSI in Darmstadt validiert. „Die Mixed-Beam-Bildführung von PROMISE kann zu einem Paradigmenwechsel in der Kohlenstoffionen-Strahlentherapie führen und könnte damit auch eine bessere Behandlung erlauben“, fasst Graeff zusammen.

Christian Graeff studierte Medizin-Ingenieurwesen an der TU Hamburg-Harburg und promovierte über Computertomographie-gestützte Osteoporosediagnostik zum Dr.-Ingenieur. Zunächst arbeitete er als Postdoc in der Gruppe Medizinische Physik in der GSI-Abteilung Biophysik, bevor er 2012 die Leitung dieser Gruppe übernahm. Für seine wissenschaftlichen Leistungen wurde Professor Christian Graeff bereits mehrfach ausgezeichnet, unter anderem mit dem Günther-von-Pannewitz-Preis der Deutschen Gesellschaft für Radioonkologie (DEGRO) sowie mit dem Behnken-Berger-Preis für junge Nachwuchswissenschaftler*innen.

Professor Christian Graeff sagte: „Ich danke dem Europäische Forschungsrat, dass er mir seiner Förderung über den ERC-Consolidator-Grant eine so großartige Chance gibt. Ich freue mich darauf, PROMISE gemeinsam mit meinem Team und den renommierten Fachleuten der GSI-Beschleunigerabteilung zu verwirklichen.“ Auch der Leiter der GSI-Biophysik, Professor Marco Durante, sagte: "Ich freue mich, dass Christian Graeff für seine fantastische Idee geehrt und gefördert wurde. Dies ist die zweite ERC-Förderung innerhalb weniger Jahre für die Abteilung Biophysik, ein klares Zeichen dafür, dass unsere Forschungstätigkeit zukunftsweisend und erfolgreich ist. Beide ERC-Grants führen revolutionäre Konzepte in der Teilchentherapie ein, und beide nutzen die einzigartigen Möglichkeiten, welche die GSI/FAIR-Beschleunigeranlage bietet. Einmal mehr zeigen wir, wie erfolgreich unsere biomedizinische Forschung dank der außergewöhnlichen Infrastrukturen der GSI/FAIR-Anlage ist.“ Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, betonte: „Ich freue mich sehr für Professor Graeff, der mit diesem innovativen Projekt und seinem Engagement wichtige Herausforderungen in der medizinischen Physik angeht. Der Grant unterstreicht zudem die hervorragenden Forschungsperspektiven am GSI Helmholtzzentrum und dem internationalen Beschleunigerzentrum FAIR. Das liegt an der Einzigartigkeit unserer Einrichtungen, aber noch mehr an der außergewöhnlichen Qualität unserer Mitarbeitenden bei Experimenten und an Beschleunigern. Künftig werden wir die Möglichkeiten solcher bahnbrechenden Forschung noch weiter ausbauen und wichtige Pionierleistungen ermöglichen können.“ Professorin Maria Leptin, Präsidentin des Europäischen Forschungsrates, sagte: „Die neuen Gewinner*innen der Consolidator-Grants repräsentieren einige der besten europäischen Forschungsprojekte. Es ist bedauerlich, dass wir aus Budgetgründen nicht jedes verdienstvolle Projekt unterstützen können.“ (BP)

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Pressemitteilung des Europäischen Forschungsrates (auf Englisch)

Das Gedenkkolloquium am 20.11.2023 würdigte noch einmal das große wissenschaftliche Vermächtnis des Biophysikers und Pioniers der modernen Schwerionentherapie, Professor Gerhard Kraft. Der Initiator und entscheidende Wegbereiter der Tumortherapie mit Ionenstrahlen hatte Anfang der 1980er Jahre die biophysikalische Forschungsabteilung bei GSI aufgebaut, deren Leiter er von 1981 bis 2008 war. Für seine besonderen Verdienste vor allem in der Krebsforschung und der Schwerionentherapie erhielt der weltweit anerkannte Forscher zahlreiche hochrangige nationale und internationale Auszeichnungen und Ehrungen. Er starb am 18. März 2023. Die Gedenkveranstaltung wurde von der GSI-Abteilung Biophysik organisiert, der Abteilung, die er gegründet hat und die er zuvor leitete, und an der viele Kolleg*innen aus aller Welt und die Familie von Professor Kraft teilnahmen. Seine Frau Wilma Kraft-Weyrather hatte viele Jahre mit ihrem Mann bei GSI zusammengearbeitet und maßgeblich zum Erfolg des Therapieprojekts beigetragen.

Eröffnet wurde das Sonderkolloquium vom wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI/FAIR, Professor Paolo Giubellino, und dem derzeitigen Leiter der Abteilung Biophysik und Nachfolger von Gerhard Kraft, Professor Marco Durante. Professor Marco Durante sagte: „Gerhard Kraft war ein Pionier und ein Visionär. Seine Arbeit hat dazu beigetragen, viele Leben zu retten und den Namen GSI weltweit bekannt zu machen." Professor Paolo Giubellino hob hervor: „Gerhard Kraft war ein herausragender Wissenschaftler, der national und international höchstes Ansehen genossen hat und das wissenschaftliche Renommee von GSI und FAIR entscheidend mitgestaltet hat. Seine Forschungen sind hoch relevant für die Gesellschaft.“

Den Gedenkvortrag hielt Professor Jürgen Debus, Universität Heidelberg. Danach hatten Forschungskolleg*innen und Weggefährt*innen die Gelegenheit, ihre Erinnerungen an Professor Gerhard Kraft in kurzen Vorträgen zu teilen. Die Redner*innen betonten seine Bedeutung als menschlich und fachlich herausragende Persönlichkeit.

Nach der Mittagspause wurde die Veranstaltung mit der Verleihung des Christoph-Schmelzer-Preises fortgesetzt, der vom Verein zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen jährlich verliehen wird. Dies wäre ganz im Sinne Professor Krafts gewesen: Sein ganzes Forscherleben lang hatte er sich unermüdlich der Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses gewidmet und deutlich mehr als hundert Abschlussarbeiten betreut. Die Verleihung des Schmelzerpreises war jedes Jahr ein wichtiges Anliegen für ihn. Seinen letzten öffentlichen Vortrag hielt Professor Kraft bei der Verleihung des Schmelzer-Preises 2022.

Nach der Begrüßung durch Dr. Hartmut Eickhoff, Vorsitzender des Fördervereins, sprach Professor Marco Durante das Grußwort zum 25. Christoph-Schmelzer-Preis. Selbst weltweit anerkannter Experte auf dem Gebiet der Strahlenbiologie und der medizinischen Physik, hatte er erst vor kurzem den ihm verliehenen Henry-Kaplan-Preis, der als höchste Auszeichnung der Strahlentherapie gilt, Professor Gerhard Kraft gewidmet.

Mit der Verleihung des Christoph-Schmelzer-Preises prämiert der Verein zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen e.V. jedes Jahr herausragende Master- und Promotionsarbeiten auf dem Gebiet der Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Preisträger Dr Jonathan Berthold erhält den Preis für seine Dissertation mit dem Titel „„Evaluierung eines Detektorsystems für prompte Gammastrahlung zur Behandlungskontrolle bei klinischen Protonentherapiebestrahlungen”. Darin befasst er sich mit der Nutzung von Gammastrahlung, die durch Wechselwirkung der Protonenstrahlen mit dem bestrahlten Gewebe erzeugt werden, zur Verifikation der räumlichen Verteilung der Dosis.

Dr. Vivek Maradia hat sich für seine Arbeit mit dem Dissertationsthema „Ultra-fast treatment delivery to enhance the potential of proton therapy“ mit der Beschleunigeroptimierung befasst und damit eine deutliche Erhöhung der Strahlintensität ermöglicht. Dies erlaubt eine signifikante Reduzierung der Bestrahlungszeit, die insbesondere auch für die bessere Behandlung bewegter Tumore relevant ist.

Luisa Schweins erhält den Preis für ihre Masterarbeit mit dem Titel “Implementation and Evaluation of Monte Carlo Simulations for Carbon-Ion Radiotherapy Monitoring“. Sie hat sich mit der Simulation eines neuartigen Detektorsystems zur Überwachung der Strahlapplikation befasst und diese Simulationen anhand experimenteller Studien validiert.

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 eine langjährige Kontinuität, bereits zum 25. 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.

Technische Universität Dresden

ETH Zürich

Universität Heidelberg

Quark-Gluon-Plasma ist ein Materiezustand aus freien Quarks (Teilchen, aus denen Hadronen wie das Proton und das Neutron bestehen) und Gluonen (Träger der starken Wechselwirkung, die die Quarks im Inneren der Hadronen zusammenhalten). Nur unter den extremsten Bedingungen können die Quarks einzeln existieren und sind nicht in den Hadronen gebunden. Bei Schwerionenkollisionen stoßen Hunderte von Protonen und Neutronen zusammen und bilden ein System mit einer solchen Dichte und Temperatur, dass sich ein winziger Feuerball aus Quark-Gluon-Plasma bildet, der heißesten bekannten Substanz. In diesem Feuerball können sich Quarks und Gluonen für den Bruchteil einer Sekunde frei bewegen, bis sich das Plasma ausdehnt, abkühlt und wieder zu Hadronen wird.

Die Untersuchungen des Quark-Gluon-Plasmas in dieser Schwerionenbetriebsphase konzentrierten sich auf seltene Prozesse wie die Produktion von schweren Quarks, Quarkonium-Zustände, reale und virtuelle Photonen und schwere Kernzuständen. Die erhöhte Anzahl von Kollisionen wird die Messung der Temperatur des Plasmas mit Hilfe von Wärmestrahlung in Form von Photonen und Elektron-Positron-Paaren ermöglichen. Die hydrodynamischen Eigenschaften des nahezu perfekten flüssigen Zustands der Materie werden so mit mehr Detail und „Tomographie“ gemessen mithilfe von Teilchen wie den Charm- oder Beauty-Quarks, die in der Anfangsphase der Kollision erzeugt werden, das Plasma durchqueren und anschließend nachgewiesen werden. Alle diese Messungen konnten mit erhöhter Präzision durchgeführt werden. Die Datenaufnahme für diese Betriebszeit konnte abgeschlossen und insgesamt eine integrierte Leuchtkraft von 2,16 pro Nanobarn erreicht werden.

Um diese Studien mit dem verbesserten Blei-Strahl des LHC durchführen zu können, wurden die Kollisionserkennung und -analyse von ALICE erheblich verbessert. ALICE verwendet nun einen völlig neuen Datenverarbeitungsmodus, bei dem alle Kollisionen ohne Vorauswahl gespeichert werden. Dies ermöglicht, dass bis zu hundertmal mehr Kollisionen pro Sekunde aufgezeichnet werden können. Darüber hinaus wurden die Effizienz und Präzision der Spurrekonstruktion durch die Installation neuer und die Aufrüstung bestehender Subsysteme erhöht.

GSI/FAIR war von Anbeginn an der Entwicklung neuer Messinstrumente, insbesondere an der Konstruktion und dem Bau der ALICE-Zeitprojektionskammer (TPC), sowie am wissenschaftlichen Programm von ALICE beteiligt. Auch zur Entwicklung der neuen Auslesekammern hat GSI/FAIR maßgeblich beigetragen. Ein wesentlicher Teil der Kammern wurde in Zusammenarbeit zwischen der ALICE-Forschungsabteilung und dem Detektorlabor bei GSI/FAIR gebaut. Mitarbeitende beider Abteilungen unterstützten auch beim Einbau der Kammern vor Ort am CERN.

Die Arbeiten bei GSI/FAIR für das ALICE-Upgrade, die innerhalb des Budgets und des Zeitplans abgeschlossen wurden, sind von entscheidender Bedeutung, um die Kollisionsrate von 50 kHz voll auszunutzen, die der LHC bietet. Sie wurden – zusätzlich zur GSI/FAIR-Grundfinanzierung – auch von der Helmholtz-Gemeinschaft gemeinsam mit weiteren Upgrades von LHC-Experimenten finanziell unterstützt.

Auch die IT-Abteilung von GSI/FAIR leistete wichtige Beiträge zu den neuen Softwaresystemen. Das GSI/FAIR-Rechenzentrum bleibt ein integraler Bestandteil des Computernetzwerks für die Datenanalyse des ALICE-Experiments. Das Fachwissen aus den Upgrades ist auch für den zukünftigen Betrieb von FAIR von Bedeutung. In Zukunft werden beispielsweise auch beim Experiment Compressed Baryonic Matter (CBM) kontinuierliche Datenströme ausgelesen. (CP)

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• ALICE bei GSI/FAIR
• ALICE-Kollaboration

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Vollständige Nachricht der Universität Tübingen

Das chemische Element Darmstadtium feiert am 9. November seinen Geburtstag. Erstmalig erzeugt wurde es an diesem Datum im Jahr 1994 an den GSI-Beschleunigeranlagen. Dazu ließen die Forschenden Nickel-Atomkerne (Ordnungszahl 28) auf eine Folie aus Blei (Ordnungszahl 82) prallen. Durch Fusion der beiden Kerne entstand Element 110. Seinen Namen Darmstadtium trägt es – zu Ehren der Stadt Darmstadt – in allen Periodensystemen dieser Welt.

Neben der Forschung zur Herstellung von superschweren Elementen wie dem Darmstadtium informierten GSI/FAIR natürlich auch über das Mega-Bauprojekt FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), das in internationaler Kooperation gerade in direkter Nachbarschaft zu GSI errichtet wird. 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. (CP)

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Forschung an superschweren Elementen

FAIR

In der Publikation von Jonas Sommerfeldt von der Technischen Universität Braunschweig und seinen Kollegen Vladimir. A. Yerokhin, Thomas Stöhlker, und Andrey Surzhykov geht es um verbesserte Berechnungen des Quantenphänomens der sogenannten Delbrück-Streuung, die eine seit langem bestehende Diskrepanz zwischen theoretischen Vorhersagen und experimentellen Daten auflösen. (BP)

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Vollständige Synopsis von Physics Magazine

Wissenschaftliche Veröffentlichung J. Sommerfeldt, V. A. Yerokhin, Th. Stöhlker, and A. Surzhykov. All-Order Coulomb Corrections to Delbrück Scattering above the Pair-Production Threshold. Phys. Rev. Lett. 131, 061601 (2023)

Der #InnoDay23 präsentierte fast 70 Start-ups, die ihre neuesten Innovationen und Geschäftsmodelle vorstellten. Die Veranstaltung bot zudem eine Plattform für Begegnungen zwischen Technologie-Start-ups, Wissenschaftler*innen und Investor*innen, Wirtschaft und Politik. Neben den Messeständen gab es Vorträge und Panels, eine Pitch Corner und die HIGHEST xchange Area, die Impulsvorträge und Diskussionen zu Themen wie Energietrends und neuen Technologien für die Klimawende boten. Zusätzlich standen verschiedene Dialogformate für den Austausch und das Netzwerken im Start-up-Ökosystem zur Verfügung.

GSI und FAIR verdeutlichten an ihrem Stand, wie aus den Technologien beider Forschungseinrichtungen Kooperationsmöglichkeiten für Start-ups und Geschäftsmodelle entstehen können. Besonderes Highlight war das Beschleuniger-Modell, das als Nachbildung von GSI und FAIR den Besuchenden die Technologie der Beschleunigeranlagen auf greifbare Weise näherbrachte.

Besucher hatten zudem die Möglichkeit, mehr über die Kooperationsmöglichkeiten im Technologietransfer von GSI/FAIR zu erfahren. Eins der entscheidenden Schlüsselprojekte, insbesondere für Start-ups und angewandte Forschungs- und Entwicklungspartner, ist dabei das Reallabor „Digital Open Lab“ im Höchstleistungs-Rechenzentrum „Green IT Cube“ von GSI und FAIR. Ebenfalls wurde das neue Tech-up-Netzwerk „TuNe“ von GSI/FAIR erstmals auf dem Event präsentiert. Gründungsinteressierte und Unterstützende können sich registrieren, um sich aktiv im Bereich Entrepreneurship mit GSI und FAIR zu vernetzen.

Die Gespräche am Stand konzentrierten sich vor allem auf junge Start-up-Enthusiast*innen. Die Konzepte des Technologietransfers und die Möglichkeiten zur Zusammenarbeit wurden ausführlich erörtert. Die Vielzahl an Start-up-Präsentationen ermöglichte es, weitere Potenziale für zukünftige Kooperationen zu erkunden.

Besonders junge Gründungsinteressierte nahmen in großer Zahl an der Veranstaltung teil, viele von ihnen auf der Suche nach Jobangeboten in der florierenden Start-up-Szene von Darmstadt, der Gründerhauptstadt Hessens. Dies unterstreicht die Bedeutung von Veranstaltungen wie dem Start-up & Innovation Day, die nicht nur die Gründung neuer Unternehmen fördern, sondern auch Jobmöglichkeiten in der Region schaffen. (CP)

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• TuNe-Netzwerk von GSI/FAIR
• HIGHEST-News zum Start des Start-up and Innovation Day

Der Green IT Cube ist ein umweltfreundliches Höchstleistungs-Computer-Rechenzentrum mit einem speziellen Kühlsystem, bei dem die entstehende Wärme mittels Wasserkühlung in den Türen der Rechnerschränke abgeführt wird und ein angrenzendes Kantinen- und Büro-Gebäude mit Wärme versorgt. Die Firma NDC-Garbe, der Kooperationsspartner für das Cube-Konzept, vertreten durch den Geschäftsführer Peter Pohlschröder, stand am Veranstaltungstag ebenfalls als Ansprechpartner für Fragen der Besucher zur Verfügung.  

Durch den Verzicht auf eine aufwändige Kühlung der volumenreichen Raumluft und stattdessen der Verwendung eines innovativen Wasserkühlsystems, wird die zur Kühlung benötigte Energie auf ca. ein Zehntel im Vergleich zu herkömmlichen Rechenzentren reduziert (PUE≈1,07). Bei halber Geschosshöhe können die Rechnerschränke wie in einem Hochregallager viel dichter angeordnet werden, was die Investitionskosten reduziert. Für die besondere Umweltfreundlichkeit erhielt der Green IT Cube unter anderem den Blauen Engel, das Umweltzeichen der Bundesregierung.

Im Rahmen des Besuchs konnten die Teilnehmenden auch an einer Virtual-Reality-Erfahrung teilhaben: Die Firma DC Smarter erlaubte das Ausprobieren ihrer DC Vision® Lösung. Durch eine Kombination aus digitalem Zwilling und Augmented Reality optimiert die Software zentrale Aufgaben in einem Rechenzentrum wie Remote-Hands-Services, Dokumentationsmanagement und visuelle Inspektionen.

Die Implementierung der DC Vision® Lösung ist Teil des Reallabors Digital Open Lab von GSI/FAIR. In Zukunft werden über das Digital Open Lab Forschungs- und Entwicklungsprojekte, unter anderem zum nachhaltigeren Betrieb von Rechenzentren und auch gemeinsam mit Industriepartnern, durchgeführt. Ebenfalls besteht für Partner aus dem wissenschaftlichen Umfeld die Möglichkeit, den Rechenzentrumsplatz für die eigene Forschungsarbeit zu verwenden.

Rechenzentren sind für die meisten Menschen unbekannte Orte und die Frage „Wo wohnt eigentlich das Internet?!“ ist daher berechtigt. Der TdoRZ bildete den Höhepunkt der gleich lautenden Aufklärungskampagne, die von der German Datacenter Association (GDA), der Interessensvertretung der Rechenzentrumsbranche in Deutschland, initiiert wurde. Der Verband lud aktiv alle Rechenzentrumsbetreiber aus dem Bundesgebiet ein, sich der Initiative anzuschließen und ihre Türen am 29. September zu öffnen.

Zwanzig Betreiber von Rechenzentren in 16 deutschen Städten auf dem gesamten Bundesgebiet öffneten ihre Pforten. Interessierte hatten in geführten Touren die Möglichkeit herauszufinden, was in Rechenzentren vor sich geht und welche zentrale Bedeutung sie für das moderne Leben haben. (CP)

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• Webseite des Tags der offenen Rechenzentren
• Data Center bei GSI/FAIR
• Digital Open Lab von GSI/FAIR

Im Rahmen einer einführenden Präsentation erhielten die Gäste einen umfassenden Überblick über die laufenden Forschungsaktivitäten bei GSI und FAIR sowie über den aktuellen Stand beim Bau des internationalen FAIR-Projekts. Während eines geführten Rundgangs hatten sie die Gelegenheit, die verschiedenen Forschungseinrichtungen auf dem GSI-Campus zu besichtigen. Dazu gehörten unter anderem der Experimentierspeicherring ESR, den Dr. Markus Steck erläuterte, der Behandlungsplatz für Tumortherapie mit Schwerionen sowie das Großexperiment R3B. Ebenfalls besucht wurden das energieeffiziente Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube, über das Dr. Helmut Kreiser informierte, sowie der Teststand für supraleitende Beschleunigermagnete, an dem Hightech-Komponenten für FAIR getestet werden, wie Dr. Claus Schroeder ausführlich erklärte.

Einen Überblick über den Baufortschritt auf der FAIR-Baustelle erhielten die Gäste bei einem Blick von der FAIR-Aussichtsplattform. Im Anschluss daran hatten sie die Möglichkeit, bei einer Rundfahrt über die Baustelle die einzelnen Bauabschnitte aus nächster Nähe zu besichtigen. Auf dem Programm standen der unterirdische Beschleuniger-Ringtunnel SIS100, das zentrale Bauwerk für die Strahlführung und -verteilung (Kreuzungsbauwerk) und die Gebäude für die FAIR-Experimentierplätze. (JL)

Die Wechselwirkungen zwischen Elektronen, Ionen und Photonen innerhalb des ausgestoßenen Materials einer Neutronensternverschmelzung bestimmen das Licht, das wir mithilfe von Teleskopen beobachten können. Diese Vorgänge und damit das emittierte Licht können mit Computersimulationen des Strahlungstransfers modelliert werden. Forschende haben kürzlich zum ersten Mal eine dreidimensionale Simulation erstellt, die die Verschmelzung von Neutronensternen, die Nukleosynthese durch Neutroneneinfang, die durch radioaktiven Zerfall deponierte Energie und den Strahlungstransfer mit Dutzenden von Millionen atomarer Übergänge schwerer Elemente in sich schlüssig abbildet.

Als 3D-Modell kann das beobachtete Licht für jede Blickrichtung vorhergesagt werden. Bei Betrachtung nahezu senkrecht zur Bahnebene der beiden Neutronensterne (wie es die Beobachtungen für die Kilonova AT2017gfo nahelegen), sagt das Modell eine Abfolge von Spektralverteilungen voraus, die den Beobachtungen für AT2017gfo bemerkenswert ähnlich sehen. „Die Forschung in diesem Bereich wird uns helfen, den Ursprung von Elementen, die schwerer als Eisen sind (wie Platin und Gold), zu verstehen, die hauptsächlich durch den schnellen Neutroneneinfangprozess bei der Verschmelzung von Neutronensternen entstanden sind“, sagt Shingles.

Etwa die Hälfte der Elemente, die schwerer als Eisen sind, entstehen in einer Umgebung mit extremen Temperaturen und Neutronendichten – z.B. wenn zwei Neutronensterne miteinander verschmelzen. Die daraus resultierende Explosion führt zum Auswurf von Materie mit den geeigneten Bedingungen, um durch eine Abfolge von Neutroneneinfang und Betazerfall instabile, neutronenreiche schwere Kerne zu erzeugen. Diese Kerne zerfallen bis zur Stabilität und setzen dabei Energie frei, die einen explosiven Kilonova-Transienten antreibt, eine helle Lichtemission, die nach etwa einer Woche schnell wieder verblasst.

Die 3D-Simulation kombiniert mehrere Bereiche der Physik, darunter das Verhalten von Materie bei hoher Dichte, die Eigenschaften instabiler schwerer Kerne und die Wechselwirkungen zwischen Atom und Licht bei schweren Elementen. Weitere Herausforderungen bleiben bestehen, wie z. B. die Berücksichtigung der Geschwindigkeit, mit der sich die Spektralverteilung ändert, und die Beschreibung von Material, das zu späten Zeiten ausgestoßen wird. Künftige Fortschritte in diesem Bereich werden die Präzision erhöhen, mit der wir Merkmale in den Spektren vorhersagen und verstehen können, und sie werden unser Verständnis der Bedingungen fördern, unter denen schwere Elemente synthetisiert wurden. Ein grundlegender Bestandteil dieser Modelle sind qualitativ hochwertige atomare und nukleare experimentelle Daten, wie sie die FAIR-Anlage liefern wird. (LW)

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Originalpublikation: Self-consistent 3D Radiative Transfer for Kilonovae: Directional Spectra from Merger Simulations

Das LHCb-Experiment befindet sich in der Nähe des Genfer Flughafens und ist eines der vier großen Experimente des Large Hadron Collider (LHC) am CERN. Der Untersuchung der so genannten b-Quarks gewidmet, verwendet LHCb eine Reihe von Detektoren, um die Spuren der aus dem Kollisionspunkt herausgeschleuderten Teilchen zu untersuchen. Einer dieser Detektoren ist der Outer Tracker, der während des letzten Long Shutdown 2 durch einen neuen Aufbau auf Basis von szintillierenden Fasern, den SciFi-Detektor, ersetzt wurde. Letzterer verfügt über eine feinere Granularität, die eine höhere räumliche Auflösung der verfolgten Teilchen ermöglicht.

Nach einem Jahrzehnt der Teilchendetektion ist der Outer Tracker immer noch in gutem Zustand und funktionstüchtig. Als auf einer Konferenz mit Kolleg*innen des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung über das Ersatzdetektormodul gesprochen wurde, beschloss die LHCb-Kollaboration, es an das PANDA-Experiment (antiProton ANihilation in Darmstadt) zu spenden. PANDA wird Teil der zukünftigen Anlage FAIR – Facility for Antiproton and Ion Research – sein, die gerade bei GSI errichtet wird.

Bei PANDA wird der Outer Tracker er zum Teil seine ursprüngliche Funktion wieder aufnehmen und die kleinsten Bausteine aufspüren. Mit Hilfe der FAIR-Beschleuniger werden Antiprotonenstrahlen erzeugt und gespeichert, die dann mit fixierten Materialproben (engl. targets) innerhalb des PANDA-Detektoraufbaus kollidieren, z.B. mit Wasserstoff. Da dies bei niedrigeren Energien geschieht, eignet sich der Outer Tracker perfekt für den Nachweis der leichten Hadronen, die bei den Kollisionen entstehen. Die Hadronenspektroskopie ist der Bereich, in dem sich die physikalischen Ziele von LHCb und PANDA überschneiden, und beide werden in der Lage sein, komplementäre Daten zu sammeln, die später ausgewertet und verglichen werden können. Ebenso wird der Tracker von Studierenden und jungen Forschenden für Forschungs- und Entwicklungsprojekte und darüber hinaus für Outreach-Aktivitäten mit Schulen und der breiten Öffentlichkeit genutzt.

Der Transport des OT war kein leichtes Unterfangen. In seinem Transportgestell ist er sieben Meter lang, 3,5 Meter breit und 5,5 Meter hoch. Er wiegt 24 Tonnen. Bereits 2018, als die Demontage begann, wurde der gesamte Outer Tracker abmontiert, in seinen Transportrahmen – einen speziell konstruierten Transportkäfig – gelegt und aus der LHCb-Kaverne entfernt. Anschließend wurde er innerhalb des CERN in eine Lagerhalle und später nach Sergy (Frankreich) für die Freigabeverfahren und schließlich nach Meyrin (Schweitz) gebracht, wo er für den Transport vorbereitet wurde. Von Kränen auf einen Lastwagen gehievt, begann der Detektor seine Reise vom CERN zu GSI/FAIR. In der Nähe von Colmar (Frankreich) wurde er für eine mehrtägige Reise rheinaufwärts auf ein Schiff verladen. In Gernsheim (Deutschland) wartete ein weiterer Lkw auf den OT und brachte ihn sicher zu GSI/FAIR in Darmstadt, wo er sein zweites Leben beginnt.

Die enge Zusammenarbeit mehrerer Kollegen am CERN und bei GSI/FAIR in logistischer und technischer Hinsicht machte die Schenkung möglich, insbesondere die unermüdlichen Bemühungen von Niels Tuning (LHCb, Nikhef/CERN) und Anastasios Belias (PANDA, GSI/FAIR) mit ihrer Vision für ein zweites Leben des beindruckenden Outer Trackers. Die Schenkung wurde freundlicherweise von den LHCb-Gruppen genehmigt, die den Outer Tracker mit großer Sorgfalt gebaut und betrieben haben, und zwar

• dem Nationalen Institut für Subatomare Physik, Nikhef, Niederlande,
• dem Physikalischen Institut der Universität Heidelberg, Deutschland,
• dem Nationalen Zentrum für Kernforschung, Warschau, Polen,
• dem Henryk-Niewodniczanski-Institut für Kernphysik, Polnische Akademie der Wissenschaften, Krakau, Polen,
• und der Technischen Universität Dortmund, Deutschland. (CP)

Weitere Informationen

• PANDA-Experiment bei GSI/FAIR
• LHCb-Experiment bei CERN

„Nehmen wir einmal an, Sie möchten Proben von CERN zu GSI schicken“, erklärt Jörgen Larsson, stellvertretender Vorsitzender von RI.Logistica, der kürzlich mit einer Delegation GSI/FAIR besuchte, um sich die FAIR-Baustelle anzusehen. „Wie sollten sie transportiert, versichert und beim Zoll angemeldet werden? Stellen Sie sich vor, wissenschaftliche Infrastrukturen hätten einen Zolltarifcode, der unsere Einfuhren automatisch als zollfrei kennzeichnet. Das ist die Art von Veränderung, die die Forschungsinfrastrukturen gemeinsam erreichen können, wenn wir mit einer Stimme sprechen.“

Für das GSI/FAIR-Logistikteam bedeutet die Mitgliedschaft in RI.Logistica den Zugang zu leistungsstarken Netzwerkpartnern wie der Weltzollorganisation sowie bevorzugte, gemeinsame Tarife für Versicherungen und Zollabfertigungen und gemeinsame bewährte Verfahren in allen Bereichen, von der Lagerhaltung bis zur Garantie.

Derzeit arbeiten GSI/FAIR mit RI.Logistica an einem „Gesundheitscheck“ der Prozesse und suchen gemeinsam nach Möglichkeiten, die unmittelbaren Herausforderungen des FAIR-Megaprojekts zu bewältigen und die zukünftigen zu antizipieren. (CP)

Weitere Informationen

• Webseite von RI.Logistica

Das Experiment wurde an der Radioactive Ion Beam Factory (RIBF) am Forschungszentrum RIKEN in Japan durchgeführt. Dabei wurden die ²⁸O -Kerne in Kollisionen von beschleunigten Ionen des radioaktiven Fluor-Isotops ²⁹F mit einem Wasserstoff-Target erzeugt, bei denen ein Proton aus dem Fluor herausgeschossen wurde. Im Anschluss musste nun der Zerfall des ²⁸O in ²⁴O und vier Neutronen nachgewiesen werden. Dank des Einsatzes des NeuLAND-Neutronendetektors konnten in dem Experiment erstmalig vier Neutronen in Koinzidenz mit dem geladenen Restkern vermessen werden.

„NeuLAND wird bei GSI/FAIR entwickelt und unter Beteiligung deutscher Universitätsgruppen für das R3B-Experiment an der FAIR-Anlage gebaut. Für die aktuelle Messung haben wir den Detektor nach Japan zum RIKEN geflogen und vor Ort wieder in Betrieb genommen“, erläutert Professor Thomas Aumann, der bei GSI/FAIR die Forschungsabteilung Kernreaktionen leitet und an der TU Darmstadt eine Professur für die experimentelle Kernphysik mit exotischen Ionenstrahlen innehat. „Für die Durchführung war ein außerordentlicher Aufwand notwendig, bei dem die Darmstädter Gruppen bei GSI/FAIR und an der TU Darmstadt einen zentralen Beitrag geleistet haben.“

Das stabilste Sauerstoff-Isotop ist aus acht Protonen und acht Neutronen aufgebaut, während ²⁸O aus acht Protonen und 20 Neutronen besteht. Das Verständnis der Eigenschaften solcher extrem neutronenreichen Kerne ist von großer Bedeutung für die Weiterentwicklung und für Tests der modernen Kerntheorien. Diese bilden wiederum die Grundlage zur Vorhersage und dem Verständnis von Eigenschaften neutronenreicher Kerne und neutronenreicher Kernmaterie, die in unserem Universum eine große Rolle spielen, beispielsweise bei der Synthese der schweren Elemente. Sie entstehen unter anderem bei Kollisionen von Neutronensternen, die unlängst durch die Multi-Messenger-Astronomie mithilfe der Messung von Gravitationswellen nachgewiesen werden konnten.

„Das Ergebnis beleuchtet eindrücklich die Relevanz und den Beitrag der für FAIR entwickelten Messaufbauten, wie in diesem Beispiel dem NeuLAND-Detektor, der für die Durchführung des Experiments unerlässlich war“, sagt Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR. „Gemeinsam mit unseren japanischen Kolleg*innen, mit denen eine langjährige erfolgreiche Zusammenarbeit besteht, und in einem internationalen Team aus Spitzenforschenden konnte dieses hervorragende Ergebnis erzielt werden, auf das alle Beteiligten sehr stolz sein können.“

Die Beteiligung der deutschen Universitäten an Entwicklung und Bau des R3B-NeuLAND-Detektors wurde über die Verbundforschung des BMBF wesentlich unterstützt. Das Experiment wurde von der DFG über den Sonderforschungsbereich SFB 1245 „Atomkerne: Von fundamentalen Wechselwirkungen zu Struktur und Sternen“ an der TU Darmstadt gefördert. (CP)

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• Wissenschaftliche Veröffentlichung im Fachmagazin Nature (Englisch)

Dem interdisziplinären Charakter der biologischen Strahlenforschung entsprechend hat das Programm der Tagung das breite wissenschaftliche Spektrum der Aktivitäten der DeGBS-Mitglieder widergespiegelt. Themen der Sitzungen waren die grundlegenden Mechanismen der Strahlenwirkung verschiedener Strahlenqualitäten, die Signalwirkung von Strahlung auf die intra- und extrazelluläre Kommunikation, die systemischen und extrazellulären Faktoren, die die Strahlenreaktionen beeinflussen, sowie die Physik und Radiobiologie innovativer Ansätze in der Strahlentherapie. Ein spezieller Themenschwerpunkt beleuchtete die wissenschaftlichen Herausforderungen der modernen Strahlenschutzforschung.

Jede der vier wissenschaftlichen Sitzungen begann mit einem Hauptvortrag zur Einführung, für den renommierte nationale und internationale Keynote-Speaker gewonnen werden konnten, gefolgt von der Präsentation von je fünf eingereichten Beiträgen und einer Postersitzung. Begonnen hatte das Programm mit einer Session speziell für junge Forschende (jDeGBS), die vor allem dem Austausch von Informationen und Erfahrungen dienen sollte, was für Studierende und junge Forschungsstipendiat*innen von besonderer Bedeutung ist. Hier hatten Dr. Alexander Helm aus der GSI-Biophysik und Dr. Johann Matschke von der Uniklinik Essen den Vorsitz.

Bei der Veranstaltung gedachte die DeGBS auch ihres im März 2023 verstorbenen Ehrenmitglieds Professor Gerhard Kraft, dem Gründer der Abteilung Biophysik bei GSI und Vater der Schwerionentherapie in Europa. So heißt es im Nachruf der Abteilung Biophysik: „Er war einer der stärksten Motoren der Strahlenforschung in Deutschland in den letzten Jahrzehnten. Wir sind ihm dankbar für seine wichtigen Ideen und Impulse und werden ihm ein ehrendes Andenken als herausragenden Wissenschaftler und Mentor bewahren.“

Im Rahmen der Tagung wurden auch der Ulrich-Hagen-Preis und der Dieter-Frankenberg-Nachwuchspreis verliehen. Der Ulrich-Hagen-Preis der DeGBS wird seit 2004 an Forschende für hervorragende Verdienste um die Strahlenforschung in Deutschland, in der Regel zur Ehrung eines Lebenswerks, verliehen. In diesem Jahr ging der Preis an Professor Horst Zitzelsberger, Helmholtz Zentrum München. Mit dem Dieter-Frankenberg-Nachwuchspreis werden herausragende Leistungen junger Forschender auf dem Gebiet der biologischen Strahlenforschung gewürdigt. Den Preis erhielt Dr. Johanna Mirsch, Fachbereich Biologie/TU Darmstadt.

Die Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biologische Strahlenforschung wurde bereits zum dritten Mal durch Mitglieder der GSI-Abteilung Biophysik, die von Professor Marco Durante geleitet wird, organisiert. Nach der Gründungsveranstaltung im Jahr 1996 in Gießen ist es insgesamt die 24. Tagung der DeGBS. (BP)

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Webseite der DeGBS

„GSI und FAIR haben weltweit führende Beschleunigeranlagen in Betrieb und mit dem FAIR-Aufbau ein neues internationales Flaggschiffprojekt in der Pipeline. Nach elf Jahren Arbeit mit Elektronenstrahlen ist es daher für mich eine ganz faszinierende Aufgabe in die Welt der Hadronenbeschleuniger zurückzukehren, von denen es weltweit ja ganz wenige große Anlagen gibt,“ erläutert Aßmann seinen Antritt. „Es ist mein Ziel, mit den existierenden Beschleunigern die geplanten spannenden Nutzerexperimente bestmöglich zu bedienen, gleichzeitig die bestehenden Anlagen schrittweise für die Zukunft fit zu machen und, last not least, die gelungene Inbetriebnahme des gesamten GSI/FAIR-Beschleunigerkomplexes mit dem GSI-Beschleunigerteam in die Tat umzusetzen. Das Zusammenführen dieser Aufgaben beinhaltet verschiedene Herausforderungen, aber auch neue Möglichkeiten, die ich als Bereichsleiter gerne mit den Abteilungen und ihren Leiter*innen angehen werde.“

In seiner Arbeit möchte Aßmann Bewährtes fort- und Neues umsetzen, unter anderem durch die Vertiefung der Zusammenarbeit mit den regionalen Universitäten, um Beschleunigerphysik und -technik voranzubringen und Herausforderungen bei GSI/FAIR zu lösen. Beispiele reichen von dem Einsatz fortgeschrittener Methoden wie künstlicher Intelligenz in Beschleunigertheorie und -betrieb über neue Optimierungsmethoden für Teilchenstrahlen bis zu der Entwicklung innovativer Beschleunigerstrukturen oder Instrumentierung. Über diese und andere Themen will Aßmann auch innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft und mit anderen deutschen, europäischen und internationalen Partnern eng zusammenarbeiten. „Mit der erst jetzt möglichen Beobachtung von Neutronensternkollisionen in Gravitationswellendetektoren und mit innovativen Ansätzen in der Tumortherapie bekommt die Forschung mit Ionenbeschleunigern zusätzliche Dynamik und neues Entdeckungspotential, sowohl in der Grundlagenforschung als auch ihren Anwendungen. Da möchte ich als Wissenschaftler gerne mitwirken.“ (CP)

Über Dr. Ralph Aßmann:

Ralph Aßmann hat an der Ludwig-Maximilians-Universität in München in Physik promoviert. Seine Doktorarbeit führte er am Max-Planck-Institut für Physik in München und am CERN im Rahmen des ALEPH-Experiments über die Masse des Z-Bosons, spinpolarisierte Teilchenstrahlen und präzise Energiekalibrierung durch. Anschließend war er fast vier Jahre lang als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Stanford University und am SLAC in Betrieb, Modellierung und Design der Collider tätig.

In den folgenden 15 Jahren arbeitete er am CERN in führenden Positionen an den LEP- und LHC-Beschleunigern. Er war LHC-Maschinenkoordinator in Lauf I des LHC-Betriebs, der 2012 zur Entdeckung des Higgs-Bosons führte. In dieser Funktion half er bei der Inbetriebnahme und Optimierung der weltweit führenden Protonen- und Schwerionenstrahlen des LHC.

Im Sommer 2012 wechselte er als Leading Scientist for Accelerator R&D zu DESY, wo er an neuen, kompakten Beschleunigern forschte. Im Jahr 2014 wurde er mit drei anderen Wissenschaftler*innen mit einem ERC Synergy Grant ausgezeichnet. Bis ein Nachfolger gefunden ist, ist er der Gründungskoordinator des ESFRI-Projekts EuPRAXIA, eines 569 Mio. € teuren Projekts zum Bau der weltweit ersten Nutzeranlage auf der Basis plasmabasierter Beschleuniger, das von mehr als 50 Instituten unterstützt wird.

Von 2020 bis 2023 war er Vorsitzender der Accelerator Group in der Europäischen Physikalischen Gesellschaft. Er war Antragsteller und anfänglicher koordinierender PI des 30-Millionen-Euro-Helmholtz-ATHENA-Projekts, Leiter mehrerer europäischer Förderprojekte und Koordinator des Europäischen Netzwerks für neuartige Beschleuniger.

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Webseite Beschleunigerbetrieb & -entwicklung

Jedes Jahr bietet das Summer Student Program einen Einblick in die Forschung in einem Beschleunigerlabor. „Die Erfahrung bei GSI ist eine einzigartige Gelegenheit, verschiedene Perspektiven der Physik aus unterschiedlichen Kulturen kennenzulernen, was für uns bedeutet, unsere Ziele und Erwartungen genau zu verstehen“, sagt Benedetto Spadavecchia von der Universität Turin.

Alle Sommerstudent*innen arbeiteten in dieser Zeit in 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. „Für mich war es das erste Mal, dass ich in einer so großen Einrichtung war und auch das erste Sommerprogramm im Ausland“, sagt Raluca-Andreea Miron von der Universität Bukarest. „Ich habe es genossen, an meinem Projekt zu arbeiten und herausragende Forscher*innen hier bei GSI zu treffen, die mich inspiriert haben, weiterhin neugierig auf die Wissenschaft zu sein. Ich bin froh, diese zwei Monate in Deutschland mit tollen Menschen aus der ganzen Welt zu verbringen, die meine Freund*innen geworden sind. Das Summer Student Program bei GSI ist eine hervorragende Erfahrung für jede*n Student*in der MINT-Fächer.“

Viele der internationalen Student*innen kommen nach dem Summer Student Program für eine Master- oder Doktorarbeit bei GSI und FAIR zurück nach Darmstadt. Bereits zum 41. Mal fand das Summer Student Program statt, das in Zusammenarbeit mit der Graduiertenschule 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
 

Während ihres Besuchs hatten die polnischen Studierenden außerdem Gelegenheit mehrere große Forschungseinrichtungen in der Region zu besichtigen, darunter das Heidelberger Institut für Technologie und das Helmholtz-Institut Mainz. Das Programm, zusammengestellt von der FAIR-Stabsabteilung Internationale Kooperationen und der Fakultät für Physik, Astronomie und Angewandte Informatik der Jagiellonen-Universität, brachte den Studierenden ein breites Spektrum wissenschaftlicher Disziplinen und technologischer Fortschritte näher. Zudem konnten die Gäste an Vorlesungen des International Summer Student Programms bei GSI/FAIR teilnehmen und in verschiedenen Labors und Abteilungen auf dem GSI-/FAIR-Campus Einblicke in die laufenden Forschungsaktivitäten und Spitzenprojekte erhalten.

Bei einem Gespräch mit dem Technischen Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, hatten die Studierenden Gelegenheit zum Gedankenaustausch und zum Bericht über ihre Erfahrungen. Dieser Gedankenaustausch war für die Studierenden sehr wertvoll und hinterließ einen bleibenden Eindruck für ihren akademischen Werdegang. “Wenn Sie sich auf diese Erkundungsreise begeben, denken Sie daran, dass Wissen unendlich viele Möglichkeiten eröffnet. Ihr Besuch bei GSI und FAIR öffnet den Zugang zu den Welten von Wissenschaft und Technik. Nehmen Sie Herausforderungen an, denken Sie in großen Dimensionen und suchen Sie nach Antworten auf die Rätsel des Universums. Ihre Begeisterung wird die Zukunft der wissenschaftlichen Forschung mitgestalten und einen bleibenden Beitrag für die Welt leisten. Gehen Sie also entschlossen voran, denn das Streben nach Wissen kennt keine Grenzen. Lassen Sie uns gemeinsam etwas bewirken", sagte Jörg Blaurock.

"Es erfüllt mich mit großem Stolz, dass die Studierenden des Physik-Wissenschaftsclubs der Jagiellonen-Universität an dieser bereichernden Studienreise nach Deutschland zur GSI- und FAIR-Anlage teilgenommen haben. Solche Erfahrungen sind nicht einfach nur Reisen; sie sind entscheidende Etappen, die die Neugier fördern, den Intellekt erweitern und zu einem lebenslangen Streben nach Wissen inspirieren. Ich bin dankbar für die Unterstützung und die Einblicke, die die GSI/FAIR-Einrichtungen über die Abteilung für internationale Kooperationen von FAIR/GSI bieten", sagte Piotr Salabura, Professor an der Jagiellonen-Universität.

Auch die Studierenden zogen eine äußerst positive Bilanz, Doktorandin Ania betonte: „Ich glaube, es ist ein weit verbreitetes Missverständnis bei jungen Leuten, dass eine Mitarbeit in einer internationalen Forschungsgruppe nur möglich ist, wenn man sehr erfahren ist und über ein großes Wissen verfügt, und dass es selbst dann extrem schwierig ist. Das trifft nicht auf GSI zu. Was uns die Menschen hier zeigen, ist, dass man mit Motivation, Neugier und Lust am Lernen seinen Traum leicht verwirklichen kann! Aus der Vielfalt der Disziplinen und Experimente kann man das Passende finden und seinen Berufstraum verfolgen.“

Polen ist einer der wichtigsten Anteilseigner von FAIR und prägt die Entwicklung von FAIR in unterschiedlichen Bereichen der Entwicklung und Produktion mit: Beispielsweise leistet Polen wesentliche Beiträge zum HADES-Detektor. Das polnische Know-how ist auch ausschlaggebend für Entwicklung der Elektronik für den Silizium-Spurdetektor von CBM und für den Strohrohr-Spurdetektor des Forward Detector von PANDA sowie für die kryogenen Systeme im großen Beschleunigerring SIS100 und im Super-Fragment-Separator.

Die Partnerschaft mit der Jagiellonen-Universität in Krakau besteht seit Ende der 70er Jahre und ist auch eine Verbindung, um junge Köpfe zu inspirieren. Während der „FAIR Days“ 2021 hatten FAIR/GSI und die Jagiellonen-Universität eine neue Kooperationsvereinbarung ("Memorandum of Understanding") und eine Vereinbarung über die Mobilität von Studierenden und Mitarbeitenden im Rahmen des GET_INvolved-Programms unterzeichnet, um ihre Zusammenarbeit weiter zu vertiefen. (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 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.

Weitere Informationen

Für weitere Informationen zum GET_INvolved Programm können sich Interessierte an die jeweiligen Koordinatoren wenden: Dr. Pradeep Ghosh (GSI und FAIR) und Professor Dr. Piotr Salabura (Jagiellonen-Universität)

Weiterführende Links

• FAIR und polnische Beteiligung
• Jagiellonen-Universität, Krakau, Polen
• GET_INvolved-Programm

In der Publikation von Andrey Bondarev, Postdoc am Helmholtz-Institut Jena, einer Außenstelle des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, James Gillanders, Postdoc in Rom, und weiteren Kolleg*innen geht es um neue Erkenntnisse zur Produktion von schweren Elementen bei der Verschmelzung von Neutronensternen. (BP)

Weitere Informationen

• Vollständige News von EPJ
• Wissenschaftliche Veröffentlichung
  Bondarev, A.I., Gillanders, J.H., Cheung, C. et al.
  Calculations of multipole transitions in Sn II for kilonova analysis.
  Eur. Phys. J. D 77, 126 (2023).

Dr. Lennart Volz studierte Physik an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg. Für seine Masterarbeit an der Universität Heidelberg zur Anwendbarkeit von Ionenstrahlen für eine Bildgebung am Patienten erhielt er den Christoph-Schmelzer-Preis 2017. Während seiner Masterarbeit arbeitete Dr. Lennart Volz auch als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, in Boston. Bis 2021 war er als Postdoc am Deutschen Krebsforschungszentrum DKFZ, Abteilung Biomedizinische Physik in der Radioonkologie, beschäftigt, seither ist er als Postdoc bei GSI in der Abteilung Biophysik tätig, sein Schwerpunkt ist die Medizinische Physik. Zwischen 2021 und 2023 war er zudem Gastforscher am University College in der Particle and Advanced Radiotherapy (PART) Gruppe in London.

In seiner mehrfach gewürdigten Dissertation, die von Professor Joao Seco, Heidelberg, betreut wurde, beschäftigte sich Dr. Lennart Volz mit einer Verbesserung und mit neuen Methoden der Teilchenbildgebung bei der Tumortherapie mit Ionen. Die Behandlung mit Ionenstrahlen ist ein hochwirksames und gleichzeitig sehr schonendes Therapieverfahren, doch schränken Reichweitenunsicherheiten ihre Anwendungen immer noch ein. In der aktuellen klinischen Praxis entsteht ein entscheidender Anteil an Reichweitenunsicherheiten durch die Konversion eines konventionellen Röntgen-CTs in das Relative Ionisations-Bremsvermögen (RSP), das für eine genaue Behandlungsplanung entscheidend ist. Die Teilchenbildgebung hingegen ermöglicht eine direktere Rekonstruktion der RSP durch das Messen des Energieverlustes von Teilchen nach Durchquerung der behandelten Person. In seiner Dissertation untersuchte Dr. Lennart Volz verschiedene Aspekte im Hinblick auf eine klinische Implementierung dieser vielversprechenden Methode: Zunächst präsentierte er eine theoretische Beschreibung der räumlichen Auflösung  der Teilchenradiographie mit verschiedenen Bildgebungsalgorithmen, um die beobachteten Einschränkungen zu erklären, und stellte eine neuartige Filtermethode für die Bildgebung mit Helium-Ionen vor, mit der sekundäre Teilchen von den relevanten Primärteilchen unterschieden werden können. So konnte er experimentell CT-Bilder mit Helium-Ionen erstellen, die sowohl eine klinisch akzeptable räumliche Auflösung, als auch eine hohe Genauigkeit in der RSP aufwiesen. Erste experimentelle Ergebnisse eines Vergleichs zwischen Teilchen- und Röntgen-CTs für die RSP-Rekonstruktion wurden präsentiert.

Außerdem untersuchte Dr. Lennart Volz eine neuartige Methode für die Teilchenbildgebung während der Bestrahlung mittels eines gemischten Helium-/Kohlenstoff-Ionenstrahls und konnte zeigen, dass es eine solche Methode ermöglicht, relative Reichweitenunterschiede im Millimeterbereich zu detektieren. Abschließend wurden neuartige Detektorkonzepte für die Teilchenbildgebung untersucht. Mit den Ergebnissen seiner Dissertation konnte Dr. Lennart Volz das Potential der Teilchenbildgebung und insbesondere der Helium-Ionen-Bildgebung für die bildgeführte Teilchentherapie verdeutlichen.

Der Otto-Haxel-Preis wurde von dem Unternehmer und Physiker Professor Dr. Hans-Joachim Langmann zur Erinnerung an seinen Doktorvater gestiftet. Der Kernphysiker Professor Dr. Otto Haxel war von 1970 bis 1975 wissenschaftlicher Geschäftsführer des Kernforschungszentrums Karlsruhe. Die Otto Haxel-Auszeichnung für Physik wird seit 2017 in Zusammenarbeit mit der Deutschen Physikalischen Gesellschaft für die drei besten Dissertationen im Fach Physik an den Universitäten Göttingen und Heidelberg sowie am KIT, den drei Wirkungsstätten Otto Haxels, vergeben. (BP)

Leichte Atome wie Wasserstoff oder Helium spielen eine besondere Rolle in der Physik. Sie haben nur wenige Elektronen, so dass ihre Spektren mithilfe unserer grundlegenden Theorien mit außerordentlicher Präzision berechenbar sind. Dafür ist die genaue Kenntnis ihrer Eigenschaften, wie etwa ihrer Masse, unerlässlich. Beispielsweise kann die Masse des innerhalb des Experiments gemessenen Helium-4 zur Bestimmung der Masse des Elektrons genutzt werden – einer wichtigen Naturkonstante. Die von verschiedenen Forschungsgruppen durchgeführten Messungen in diesem Massenbereich waren in der Vergangenheit uneinheitlich. Die aktuelle Präzisionsmessung mit der Penning-Falle erhöht die Zuverlässigkeit unserer tabellierten Naturkonstanten erheblich.

Als Präzisionswaagen für Ionen haben sich Penning-Fallen bewährt, in denen einzelne geladene Teilchen mit Hilfe von elektrischen und magnetischen Feldern für lange Zeit eingesperrt werden können. Das gefangene Teilchen führt in der Falle eine charakteristische Kreisbewegung aus, die von seiner Masse abhängt – schwere Teilchen schwingen langsamer als leichte. Misst man zwei unterschiedliche, einzelne Ionen nacheinander in der gleichen Falle, kann man das Verhältnis der Massen exakt ermitteln.

Für die Durchführung der Helium-Messung nutzten die Wissenschaftler*innen die sogenannte LIONTRAP (Light-Ion Trap), die sich an der Universität Mainz befindet und im Rahmen einer Kollaboration von GSI und dem Max-Planck-Institut für Kernphysik entwickelt und gebaut wurde. Im 3,8 Tesla starken Magnetfeld von LIONTRAP bewegten sich die gespeicherten Heliumkerne auf Kreisbahnen mit einem Radius von rund zehn Mikrometern. Zum Massenvergleich dienten ebenfalls gefangene Kohlenstoffionen.

Als Ergebnis erhielten die Forschenden die Masse des Heliumkerns zu 4.001 506 179 651(48) atomaren Einheiten, wobei die Zahl in Klammern die Unsicherheit der letzten Stellen angibt. Dieses Resultat weist eine Genauigkeit auf, die 1,3-mal größer ist als der aktuelle Literaturwert, weicht jedoch von diesem mit 6,6 Standardabweichungen ab. Zusätzliche Messungen beispielsweise von Helium-3-Systemen sind für die Zukunft geplant, um die Inkonsistenzen mit Messungen anderer Forschungsgruppen auszuräumen.

Künftig werden Präzisionsmassenmessungen mit Penning-Fallen auch an der bei GSI im Bau befindlichen FAIR-Anlage eingesetzt werden. Mit Hilfe des HITRAP-Ionenfallenaufbaus, der Teil der APPA-Experimentsäule von FAIR ist, ist es geplant die Bindungsenergien von Elektronen in schweren Ionen mit unterschiedlichen Ladungszuständen zu bestimmen, um die Quantenelektrodynamik zu testen. Weitere Fallenexperimente in der NUSTAR-Säule wollen die Bindungsenergien von Kernen messen, um nukleare Modelle für die Synthese von chemischen Elementen in unserem Universum zu testen. (CP)

Weitere Informationen:

• Veröffentlichung bei Physical Review Letters

Der Besuch war Teil der Sommerklausur der SPD-Bundestagsfraktion in Wiesbaden, während der auch Informationstouren zu unterschiedlichen Unternehmen und Spitzenstandorten in der Region unternommen wurden. Auf dem GSI- und FAIR-Campus erhielten die Besucher*innen Einblicke in die wissenschaftlichen Erfolge und den aktuellen Stand des FAIR-Projekts, eines der größten Bauvorhaben für die Forschung weltweit und zugleich eine starke Säule der deutschen und europäischen Forschungslandschaft im globalen Wettbewerb. Sie bekamen einen kompakten Überblick über Wissenschaft, bauliche und technische Fortschritte, sowie die Entwicklung am Standort im Rhein-Main-Gebiet.

Zu dem Programm gehörten auch eine Besichtigung auf dem GSI-Campus und ein Überblick über die FAIR-Baustelle. Die Gäste besuchten dabei den Linearbeschleuniger UNILAC, den Dr. Hartmut Vormann erläuterte, das von internationalen Forschungskooperationen entwickelte Großexperiment HADES sowie den Behandlungsplatz für die Tumortherapie mit schweren Ionen. Von der Aussichtsplattform aus erhielten die Gäste einen Überblick über den gesamten FAIR-Baubereich. Dabei konnten sie die laufenden Arbeiten auf dem 20 Hektar großen Bau-Areal direkt in Augenschein nehmen.

Das FAIR-Projekt wird von Expert*innen auch auf Jahrzehnte hinaus als Top-Projekt für die Wissenschaft beurteilt, mit erstklassigen Möglichkeiten und herausragendem Potenzial für wegweisende Entdeckungen. FAIR leistet auf vielen Ebenen Wertbeiträge für die Gesellschaft, ob als Innovationstreiber, Anbieter hochqualifizierter Arbeitsplätze und in der Ausbildung von Nachwuchsforschenden und Ingenieur*innen oder in der Entwicklung neuer medizinischer Anwendungen. (BP)

Professor Volker Koch und Professor Nu Xu kommen beide vom Lawrence Berkeley Laboratory. Volker Koch hat die Professur für theoretische Schwerionenphysik inne und war Leiter der Kernphysikabteilung des Labors. Nu Xu ist Professor für experimentelle Schwerionenphysik und ehemaliger Sprecher von STAR, einem Vorzeigeexperiment am Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC) am Brookhaven National Laboratory. Professor Takaharu Otsuka hatte bis zu seiner Emeritierung den Lehrstuhl für theoretische Kernphysik an der Universität Tokio inne. Taka Otsuka und Nu Xu sind beide Träger von Humboldt-Forschungspreisen, während Volker Koch derzeit EMMI-Gastprofessor ist.

GSI/FAIR nutzte die einmalige Gelegenheit, mit den Kollegen in einem Interview über die Motivation zu sprechen, warum sie GSI für ihren Langzeitaufenthalt gewählt haben und was sie persönlich an den vielen wissenschaftlichen Möglichkeiten bei FAIR fasziniert. Trotz ganz unterschiedlicher Blickwinkel und verschiedener wissenschaftlicher Erwartungen im Hinblick auf die FAIR-Forschungssäulen eint die drei Wissenschaftler eines: die Vorfreude auf herausragende Forschungsperspektiven und auf entscheidende Erkenntnisfortschritte in einer einmaligen Hochleistungsumgebung. Das ganze Interview ist hier zu lesen:

Sie alle drei sind weltweit führende Wissenschaftler und kommen von renommierten Einrichtungen. Warum haben Sie GSI für Ihre Forschungsaufenthalte gewählt?

Volker Koch: Die Rhein-Main-Neckar-Region ist das Gravitätszentrum der Nuklearwissenschaft, insbesondere in meinem Interessengebiet, das sich auf die Eigenschaften der starken Kraft an der Grenze zwischen hoher Dichte und hoher Energie konzentriert, wie sie in Schwerionenkollisionen erforscht werden kann. Es gibt zum Beispiel das HADES-Experiment, das in seinen letzten Messzeiten im Rahmen des FAIR-Phase-0-Programms aufregende Daten gesammelt hat, die wir jetzt zu verstehen versuchen. Es ist von großem Vorteil, viele Experten auf dem Campus und an den benachbarten Universitäten zu haben, mit denen wir diese Daten aus ganz unterschiedlichen Blickwinkeln betrachten können. In der Tat habe ich während der Pandemie eine so anregende wissenschaftliche Atmosphäre vermisst und genieße die täglichen Diskussionen, die hier stattfinden. Natürlich diskutieren wir auch über die zukünftigen Möglichkeiten, insbesondere über das CBM-Experiment bei FAIR, von dem wir uns Antworten auf einige der grundlegenden Fragen in unserem Forschungsbereich erhoffen.

Nu Xu: Das Phasendiagramm der Quantenchromodynamik, das die Eigenschaften der starken Kraft als Funktion der Temperatur und der Dichte beschreibt, wirft in der Tat immer noch mehrere offene grundlegende Fragen auf. Ich war maßgeblich an der Vorbereitung und Durchführung von Experimenten der STAR-Kollaboration beteiligt, bei denen wir versucht haben zu erforschen, ob dieses Phasendiagramm einen kritischen Punkt aufweist, wie wir ihn aus dem Phasendiagramm von Wasser kennen. Leider hat das STAR-Experiment eine Lücke in den Daten hinterlassen, die zur Beantwortung dieser Frage benötigt wird. Der Ort, von dem wir die Antwort erwarten, ist das CBM-Experiment bei FAIR. Um dieses einzigartige und wissenschaftlich äußerst wichtige Experiment vorzubereiten, bin ich hier.

Takaharu Otsuka: Mein wissenschaftliches Interesse unterscheidet sich etwas von dem meiner Kollegen, da ich versuche, Modelle zu entwickeln, die die vielen Facetten der Kernstruktur beschreiben. Die Grenze sind hier exotische instabile Kerne, die zum Beispiel eine große Anzahl zusätzlicher Neutronen im Vergleich zu ihren stabilen Gegenstücken haben. Diese Kerne und ihre Eigenschaften sind jedoch entscheidend, wenn wir ein allgemeines Modell entwickeln wollen, das die vielen Phänomene beschreibt, die das nukleare Vielteilchensystem aufweist. So haben wir in den letzten Jahren herausgefunden, dass sich magische Kernzahlen, die ein Eckpfeiler der Kernstruktur sind und für deren Erklärung ein Nobelpreis verliehen wurde, in exotischen Kernen von denen in stabilen Kernen unterscheiden. Wir konnten kürzlich zeigen, dass unter anderem die Tensorkraft bei diesen exotischen Kernen eine entscheidende Rolle spielt. In meiner Laufbahn habe ich sehr von dem engen Kontakt zu Experimentatoren profitiert, die vor einigen Jahren meine Kollegen am RIKEN waren. Ich denke, dass die NUSTAR-Experimente bei FAIR in Zukunft eine führende Rolle beim Verständnis vieler Aspekte der Struktur exotischer Kerne spielen werden, über die gegenwärtige Forschung hinaus. Insbesondere interessiere ich mich für die Physik, die die Grenze der Existenz in sehr neutronenreichen Kernen bestimmt, wo FAIR völlig neue Perspektiven eröffnet. Daher freue ich mich, die Zusammenarbeit mit meinen Kollegen aus Theorie und Experiment in Darmstadt zu intensivieren. Ich hoffe, dass beide Seiten von diesen Aktivitäten profitieren werden.

Professor Xu, Sie haben das STAR-Experiment am RHIC erwähnt, das ein Beispiel dafür ist, dass es auch andere Anlagen weltweit gibt, an denen Wissenschaft betrieben wird, die bei FAIR im Mittelpunkt stehen wird. Professor Otsuka, Sie haben die japanische Vorzeigeeinrichtung RIKEN erwähnt. Vielleicht können Sie erläutern, wo Sie die Vorteile von FAIR und vielleicht seine Einzigartigkeit sehen?

NX: Die Arbeiten in Brookhaven sind abgeschlossen und lassen wichtige Fragen unbeantwortet. Meiner Meinung nach ist CBM in der Lage, diese zu beantworten. Wenn es andere Einrichtungen gäbe, die fortgeschrittener wären als CBM, hätte ich mich diesen Aktivitäten angeschlossen. Aber es gibt keine. Wenn FAIR SIS100-Strahlen liefern kann, wird die CBM-Kollaboration für die Datenaufnahme bereit sein. Und das CBM-Experiment hat die Fähigkeit hohe Datenraten aufzunehmen, um herauszufinden, ob ein kritischer Punkt im QCD-Phasendiagramm existiert oder nicht.

VK: In der Tat, zur Beantwortung dieser grundlegenden wissenschaftlichen Frage ist Statistik das A und O, und CBM ist in der Lage, die erforderliche Menge an Daten zu liefern. Damit lässt sich weit mehr als die Existenz des kritischen Punktes nachweisen. Beispielsweise kann man die Symmetrieenergie auch bei Dichten erforschen, die doppelt oder sogar dreifach so hoch sind wie die Sättigungsdichte, wie sie in schweren Kernen wie Blei existiert. Solch hohe Dichten sind in vielen astrophysikalischen Umgebungen von entscheidender Bedeutung, etwa bei Kernkollaps-Supernovae oder Neutronensternverschmelzungen. Die CBM-Daten werden auch sehr wertvolle Anhaltspunkte für die nukleare Zustandsgleichung liefern, die die Struktur von Neutronensternen bestimmt, den kompaktesten Objekten, die man im Universum direkt untersuchen kann. In der Tat gibt es in der Astrophysik so viele aufkommende Aktivitäten, die die Ära der Multi-Messenger-Erforschung des Universums ermöglicht, die alle eng mit der Wissenschaft verbunden sind, die bei FAIR – oft zum ersten Mal – erforscht werden. Während meines Aufenthalts in Darmstadt haben meine Kollegen und ich mehrere neue Ideen entwickelt, wie sich diese beiden Forschungsrichtungen optimal gegenseitig ergänzen. Ich freue mich sehr darauf, dass FAIR in Betrieb genommen wird und die CBM- und NUSTAR-Experimente beginnen. Das wird ein ‚new game in town‘ sein, wie wir in Kalifornien sagen.

TO: Die FAIR-Anlage bietet wesentlich höhere Beschussenergien als die anderen Anlagen. Dies ermöglicht die Erforschung von Massenbereichen der Nuklidkarte, die mit anderen Beschleunigern nicht so leicht zugänglich sind, wodurch sich die globalen Aktivitäten in vielerlei Hinsicht komplettieren. Dies eröffnet spannende Perspektiven für mein Forschungsinteresse. Es ist sehr aufregend, dass FAIR bald zum Beispiel erste Daten über die sehr neutronenreichen Kerne liefern wird, die den dritten Peak im astrophysikalischen r-Prozess bilden, der oft als ‚Gold Peak‘ bezeichnet wird. Wir haben die Halbwertszeiten für die Kerne im Gold Peak vorhergesagt, und es wird interessant sein zu sehen, ob wir damit richtig liegen. Lassen Sie mich einen weiteren wichtigen Punkt hervorheben. Auch viele Aktivitäten bei FAIR sind, obwohl sie auf globaler Ebene einzigartig sind, sehr komplementär. Nehmen Sie die Symmetrieenergie, die meine Kollegen Volker Koch und Nu Xu bei sehr hohen Dichten untersuchen wollen. Auch für astrophysikalische Anwendungen ist es wichtig, sie bei Dichten an und unterhalb der Sättigung zu kennen. Dieses Verhalten kann mit dem R3B-Experiment im Rahmen der NUSTAR-Kollaboration untersucht werden.

In Ihren Heimatländern gibt es sehr intensive Aktivitäten in der Schwerionen- und Kernstrukturforschung. Welche Rolle spielt FAIR für diese Gemeinschaften?

VK: Die US-amerikanische Kernphysik-Gemeinschaft bereitet derzeit ihren Longrange-Plan vor, der sich auch mit den künftigen Möglichkeiten der Forschung an hochdichter Kernmaterie befasst, das heißt mit den Eigenschaften des QCD-Phasendiagramms bei hohen Dichten, wie es bei FAIR erforscht werden soll. Ich bin nicht persönlich in das Autorenteam involviert, aber ich weiß, dass das intellektuelle Interesse meiner Theoriekollegen auf diesem Gebiet enorm ist. Persönlich bin ich auch davon überzeugt, dass die amerikanische Beteiligung an CBM zunehmen wird.

NX: Ich teile die Ansicht meines Kollegen Volker Koch bezüglich des Interesses in den USA. Aber ich möchte hinzufügen, dass auch in meinem Heimatland China ein sehr großes Interesse an der CBM-Physik besteht, das von sechs Institutionen getragen wird, darunter viele Postdocs und Doktoranden. Die chinesischen Kollegen waren am STAR-Experiment am RHIC beteiligt und bringen ihr Fachwissen nun in CBM ein. Um das chinesische Interesse zu unterstreichen, wurden Komponenten des Flugzeitdetektorsystems für CBM in China gebaut. Sie sind getestet und bereit, bei FAIR eingesetzt zu werden. Wir brauchen einen SIS100-Strahl.

TO: Zwischen den japanischen und den GSI-Aktivitäten auf dem Gebiet der Kernstruktur, aber auch auf anderen FAIR-Forschungsgebieten wie der Atom- oder Biophysik, besteht eine starke Zusammenarbeit. Einige von der NUSTAR-Kollaboration entwickelte FAIR-Detektoren wurden bereits in Experimenten am RIKEN getestet und eingesetzt. Der Austausch erfolgt jedoch in beide Richtungen. Ein interessantes Forschungsgebiet bei FAIR werden Hyperkerne sein, das heißt reguläre Kerne, denen ein Lambda-Teilchen, das ein Strange-Quark enthält, hinzugefügt wird. Japan hat eine lange Geschichte in der Hyperkernforschung. Aber jetzt bringen wir Aktivitäten in FAIR ein, die auf einer von RIKEN und GSI/FAIR unterzeichneten Absichtserklärung beruhen, in der wir gemeinsam die Forschung an neutronenreichen Hyperkernen aufnehmen. FAIR stellt den SIS100-Beschleuniger und den Super FRS zur Verfügung, die Anlagen zur Herstellung solcher wirklich exotischen Kerne, und RIKEN entwickelt und baut einen neuartigen Detektor, mit dem diese Hyperkerne untersucht werden können. RIKEN hat in der Tat sehr positive Erfahrungen mit solchen Kooperationen im Ausland gemacht, zum Beispiel mit einem speziellen Hadronenphysik-Programm in Brookhaven. Ich bin sicher, dass auch das RIKEN-FAIR-Projekt ein Erfolg sein wird.

Welches ist das wissenschaftliche Highlight, das Sie sich persönlich von FAIR wünschen?

NX: Durch seine hohen Datenraten und Fähigkeit andere unterschiedliche Messwerte aufzunehmen, wird CBM die Frage beantworten, ob ein kritischer Punkt im QCD-Phasendiagramm existiert oder nicht. CBM wird auch die nukleare Zustandsgleichung soweit bestimmen können, dass sie einen sehr starken Einfluss auf das Verständnis astrophysikalischer Objekte wie Neutronensterne oder Supernovae hat. Ich möchte hinzufügen, dass sich die Hochenergieprogramme am CERN auf die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas konzentrieren – die Form der Materie, wie sie in der sehr frühen Phase des Universums existierte, während wir uns hier auf die Eigenschaften der Materie bei hohen Dichten konzentrieren. Wenn CERN die Hochenergiegrenze darstellt, ist FAIR die Hochdichtegrenze. Beide Programme ergänzen sich gegenseitig und sind für das Verständnis des QCD-Phasendiagramms notwendig.

VK: Der kritische Punkt und die Zustandsgleichung stehen sicherlich auch ganz oben auf meiner Liste. Aber CBM kann noch mehr, vielleicht sogar Fragen beantworten, an die wir jetzt noch gar nicht denken. Jüngste Gitter-QCD-Berechnungen sagen zum Beispiel voraus, dass die Wechselwirkung zwischen zwei Omega-Baryonen anziehend ist. CBM mit seiner sehr hohen Datenrate ist wahrscheinlich das einzige Experiment, das diese Vorhersage überprüfen kann.

TO: Generell erwarte ich von den NUSTAR-Experimenten bei FAIR entscheidende Fortschritte bei unserem allgemeinen Verständnis des Kerns als Vielteilchensystem, und zwar bereits von den Experimenten der Phase 0 und dann noch mehr, sobald FAIR in Betrieb ist.  Es wäre sehr aufregend, die Grenzen der nuklearen Existenz als Funktion des Neutronenüberschusses zu verstehen, aber auch im Bereich der überschweren Kerne, abgeleitet von den Nukleonen als den fundamentalen Bausteinen und den zwischen ihnen wirkenden starken Kräften und Coulomb-Kräften. Ich persönlich würde aber auch gerne erforschen, ob Hyperkerne ein Werkzeug sein könnten, um die Entstehung von Kernformen zu untersuchen. Es gibt einige Hinweise, die in letzter Zeit aufgetaucht sind, dass Kerne ein breiteres Spektrum an geometrischen Formen haben könnten als gewöhnlich angenommen.

Herzlichen Dank für dieses Gespräch. Wir wünschen Ihnen einen erfolgreichen Aufenthalt in Darmstadt und viele weitere fruchtbare Aufenthalte bei GSI und später bei FAIR. (GSI)

Mit dem Preis werden die herausragenden Leistungen von Professor Durante auf dem Gebiet der Strahlenforschung gewürdigt. Seit 1987 verleiht die IARR, der weltweite Dachverband der Strahlenforschungsgesellschaften, alle vier Jahre den renommierten Henry S. Kaplan Scientist Award an eine herausragende Forschungspersönlichkeit, um deren Leistungen auf dem Gebiet der Strahlenforschung zu würdigen. Nominierungen erfolgen durch Einzelpersonen oder durch nationale Gesellschaften. Professor Durante war gemeinsam von den deutschen und italienischen Strahlenforschungsgesellschaften vorgeschlagen worden.

Professor Durante ist weltweit anerkannter Experte auf dem Gebiet der Strahlenbiologie und der medizinischen Physik, vor allem für die Therapie mit Schwerionen und für Strahlenschutz im Weltraum. Wichtige wissenschaftliche Fortschritte erreichte er auf dem Gebiet der Biodosimetrie von geladenen Teilchen, der Optimierung der Teilchentherapie und der Abschirmung von schweren Ionen im Weltraum. Die Expertise von Professor Durante ist international sehr gefragt. Derzeit ist er Präsident der Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG), einer weltweiten Organisation von Forschenden und Anwendenden auf dem Gebiet der Strahlentherapie mit Protonen, leichten Ionen sowie schweren geladenen Teilchen. Er wurde durch den Lenkungsausschuss der PTCOG gewählt, zu dem jedes klinische Partikeltherapiezentrum weltweit Repräsentant*innen entsendet.

„Ich möchte diesen Preis dem in diesem Jahr verstorbenen Professor Gerhard Kraft widmen, dem Gründer der Abteilung Biophysik an der GSI und dem Vater der Schwerionentherapie in Europa. Es ist eine große Ehre für mich, diese Auszeichnung zu erhalten. Der Henry-Kaplan-Preis ist ein enormer Ansporn und auch eine Anerkennung der Themen, die mich seit vielen Jahren bewegen und die mir wichtig sind. Die Vorzüge der Strahlenforschung immer weiterzuentwickeln und ihre Potenziale noch besser zu nutzen, sind ein großes Ziel, beispielsweise für eine noch schlagkräftige Therapie gegen Krebs oder eine sichere Erkundung des Weltraums. Dies treibt mich persönlich an, aber auch unsere gemeinsame Forschung in der Biophysik bei GSI und künftig auch an der FAIR-Anlage“, betonte Professor Marco Durante.

Hocherfreut über die Auszeichnung zeigt sich Professor Paolo Giubellino, wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR und betont: „Wir sind sehr stolz auf diese prestigeträchtige Auszeichnung, die das außergewöhnliche Ansehen von Professor Durante, aber auch die Weltklassequalität des GSI- und FAIR-Programms in der Strahlenbiologie und -therapie würdigt.“

Professor Durante 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, dem 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. Außerdem hat er zur Fortführung seiner Forschungsaktivitäten einen ERC Advanced Grant der Europäischen Union erhalten. Der ERC Grant wird für die Fortsetzung der Studien bei GSI verwendet. (BP)

Das radioaktive Element Thorium-229 gilt zurzeit als der einzige Kandidat für die Entwicklung einer Atomkernuhr. Eine solche Uhr wäre noch wesentlich genauer als herkömmliche Atomuhren. Als Taktgeber würden Schwingungen im Atomkern von Thorium-229 dienen, die durch ultraviolettes Licht aus Laserquellen angeregt werden könnten. Einem internationalen Forschungsteam, unter Beteiligung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, ist es nun mit einer neuen Methode gelungen, die Anregungsenergie mit wesentlich größerer Genauigkeit als bisher zu bestimmen. Für die Realisierung einer Atomkernuhr stellt dies einen wichtigen Meilenstein dar.

Das Radionuklid Thorium-229 besitzt ein Isomer mit einer ungewöhnlich niedrigen Anregungsenergie, die eine direkte Lasermanipulation von Kernzuständen ermöglicht. Es ist daher einer der Hauptkandidaten für den Einsatz in optischen Uhren der nächsten Generation. In dieser Hinsicht war das letzte Jahrzehnt durch eine Reihe von experimentellen Durchbrüchen gekennzeichnet, wie dem ersten direkten und eindeutigen Nachweis der Existenz des Kernisomers, seiner laserspektroskopischen Charakterisierung, der Messung seiner Anregungsenergie und dem Pumpen mit Röntgenstrahlen. Für die Entwicklung der optischen Uhr fehlten jedoch noch die Beobachtung des Strahlungszerfalls und die genaue Bestimmung der Spektralfarbe des Lichts. Mithilfe eines neuartigen Ansatzes, bei dem das Isomer in der ISOLDE-Anlage am CERN mit radioaktiven Ionenstrahlen bevölkert wird, konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun zum ersten Mal den schwer fassbaren Strahlungszerfall des Isomers beobachten und seine Energie und die Zerfallskonstante mit spektroskopischen Methoden stark einschränken. Die Experimente wurden von einer internationalen Kollaboration unter Leitung von Wissenschaftlern der KU Leuven in Belgien und mit deutscher Beteiligung der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung Darmstadt durchgeführt. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in der renommierten Fachzeitschrift Nature.

Vakuum-Ultraviolett-Spektroskopie des Kernisomers

Der Vorschlag einer optischen Uhr, die auf der Anregung eines Kernzustandes als ultra-stabile Messquelle und Quantensensor beruht, existiert schon seit Langem, hat aber zuletzt mit dem direkten Nachweis des Thorium-229-Isomers für Aufsehen in der wissenschaftlichen Welt gesorgt. Die Idee dahinter ist recht einfach: Im Gegensatz zu bisherigen Methoden soll nicht die Lichtfrequenz eines elektronischen Übergangs in einem Atom den Takt für die Uhr vorgeben, sondern eine Übergangsfrequenz in seinem Atomkern selbst. Der Vorteil liegt auf der Hand: Der Atomkern ist kompakter und hat kleine elektromagnetische Momente und ist daher weniger empfindlich gegenüber äußeren Störfeldern, was eine besonders hohe Genauigkeit der Uhr verspricht. Außerdem wird der Strahlungsübergang des Thorium-229-Kernisomers im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums erwartet, was den Zugang zur Entwicklung von UV-Lasern für die optische Kontrolle ermöglichen sollte. Dies wiederum kann nur erreicht werden, wenn der strahlende Kernübergang mit optischen Methoden beobachtet und genauer analysiert wurde. 

Der bisherige Ansatz bestand darin, das gewünschte Kernisomer über den Alphazerfall von Uran-233 zu besetzen, dessen Abregung zum Kerngrundzustand jedoch nicht die Emission des charakteristischen Lichts aus dem Kern ermöglichte. Bei den Experimenten am CERN wurde das Kernisomer durch den radioaktiven Betazerfall von Actinium-229 erzeugt, das zuvor mit kinetischen Energien von 30 Kiloelektronenvolt (keV) in Calciumfluorid- und Magnesiumfluorid-Kristalle implantiert worden war. Mithilfe der Vakuum-Ultraviolett-Spektroskopie wurde das von den Kristallen unter günstigen Radiolumineszenz-Bedingungen emittierte Photonenspektrum untersucht – und die lange gesuchte Spektrallinie bei einer Wellenlänge von 148 Nanometern konnte schließlich identifiziert werden. „In unseren Experimenten wurde eine klare Signatur des Strahlungszerfalls des Thorium-229-Kernisomers beobachtet. Dadurch konnten wir die Anregungsenergie mit siebenfach höherer Genauigkeit im Vergleich zu früheren Messungen neu bestimmen. Und sogar die Halbwertszeit des Strahlungsübergangs von etwa 10 Minuten konnte aus unseren Messungen abgeschätzt werden", sagt Dr. Mustapha Laatiaoui, Nachwuchsgruppenleiter an der JGU, der an den aktuellen Experimenten beteiligt war. 

Vielversprechende Perspektiven

Die vorgestellten Ergebnisse sind in zweierlei Hinsicht bahnbrechend für die Entwicklung einer Atomkernuhr: Zum einen erlaubt die verbesserte Unsicherheit der Anregungsenergie eine Verringerung des Abtastbereichs und ist damit ein wichtiger Eingangsparameter für die Entwicklung eines geeigneten Vakuum-Ultraviolett-Lasersystems. Zum anderen zeigt die Beobachtung des Strahlungszerfalls in einem Kristall mit großer Bandlücke die Machbarkeit einer Festkörper-Kernuhr mit erwarteter höherer Stabilität im Vergleich zu modernen Atomuhren.

Die Realisierung einer auf Kernübergängen basierenden Uhr verspricht faszinierende Anwendungen sowohl in der angewandten als auch in der Grundlagenphysik, von der Geodäsie und Seismologie bis hin zur Untersuchung möglicher zeitlicher Veränderungen von Naturkonstanten. (LW)

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Original-Veröffentlichung: 
S. Kraemer et al., Observation of the radiative decay of the 229Th nuclear clock isomer, Nature 617, 24. Mai 2023,
DOI: 10.1038/s41586-023-05894-z

Die Initiative ist ein Katalysator und fördert die globale Zusammenarbeit und Innovation in allen Sektoren und in der wissenschaftlichen Gemeinschaft insgesamt. Die Unterstützung der Kampagne unterstreicht das Engagement von GSI und FAIR für Transparenz, Zusammenarbeit, Innovation, Nachhaltigkeit und Effizienz. Deshalb ist die Beteiligung nicht nur eine Unterschrift, sondern vielmehr eine Verpflichtung zur Verbesserung von Wissenschaft und Gesellschaft durch Offenheit und Zusammenarbeit. Der offene Charakter einer Software ermöglicht eine globale Überprüfung und Mitwirkung, was zu einer besseren, effizienten und nachhaltigen Entwicklung führt. Die Verbreitung noch vor einer möglichen Monetisierung ist ein zentrales Prinzip, das eher auf positive Auswirkungen als auf schnelle Gewinne abzielt. Der Grundgedanke dahinter: Wenn die Öffentlichkeit dafür zahlt, sollte die Öffentlichkeit auch davon profitieren.

Die strategische Entscheidung von GSI und FAIR, Open-Source-Software und -Hardware einzusetzen, ist wichtig, da freie und offene Standards es ermöglichen, verschiedene technologische Lösungen zu erforschen, die sich am besten eignen und den Wettbewerb fördern. Außerdem dienen Open-Source-Software und -Hardware als Katalysator, um hochqualifizierte Personen wie Ingenieur*innen, Wissenschaftler*innen und Entwickler*innen anzuziehen. Es ist ein gutes Instrument zur Förderung der nahtlosen Zusammenarbeit und bietet den Beteiligten eine Plattform, um gemeinsam auf der Arbeit der anderen aufzubauen, was zu kontinuierlichen Verbesserungen führt. Schließlich wird auf diese Weise ein Umfeld geschaffen, das die Zusammenarbeit und das Lernen fördert. Dieses Engagement für die Förderung von Talenten macht GSI und FAIR zu einer Drehscheibe für Forschung und Entwicklung.

Die Offenheit der Software ermöglicht es, dass zahlreiche Köpfe auf der ganzen Welt daran arbeiten und Beiträge leisten. Dieser kollaborative Ansatz führt häufig zu einer verbesserten, effizienteren und nachhaltigeren Softwareentwicklung. Offene Software spiegelt das Engagement von GSI und FAIR für Exzellenz wider und erfüllt die Anforderungen an Hochleistungsrechner und Sicherheit, die für wichtige Infrastrukturen, physikalische Experimente, besonders auch im Bereich Beschleunigerkontrollen entscheidend sind. (BP)

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Open Science GSI/FAIR

Kampagne „Public Money? Public Code!“

Die Gäste informierten sich im Rahmen einer Einführung über die aktuellen Forschungsaktivitäten bei GSI und FAIR sowie den Bau des internationalen FAIR-Projekts. Bei einem geführten Rundgang erhielten sie Einblicke in die Forschungseinrichtungen auf dem GSI- und FAIR-Campus. Besucht wurden der Behandlungsplatz für die Tumortherapie mit schweren Ionen, den Professor Christian Graeff erläuterte, das Großexperiment HADES, über das Professorin Tetyana Galatyuk informierte, und der Teststand für supraleitende Beschleunigermagneten, an dem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft werden, erläutert von Dr. Holger Kollmus.

Bei einer Rundfahrt über die FAIR-Baustelle und einer Begehung einzelner Bauabschnitte konnten die Gäste die Baufortschritte aus nächster Nähe in Augenschein nehmen. Auf dem Programm standen der unterirdische Beschleuniger-Ringtunnel SIS100, das zentrale Bauwerks für die Strahlführungen und -verteilung (Kreuzungsbauwerk) und Gebäude für die FAIR-Experimentierplätze. (BP)

Der Vortrag gibt, auch anhand zahlreicher Abbildungen, einen Überblick über die Geschichte der Siedlung Wixhausen von der Bronzezeit bis ins 20. Jahrhundert. Schwerpunkte bilden die Periode der Ortsgründung und der Ersterwähnung, die Zeit der Eingemeindung nach Darmstadt sowie die seit gut 50 Jahren andauernden Beziehungen zu GSI/FAIR.

Der aus Haan im Rheinland kommende Peter Engels studierte Geschichte, Latein und Musikwissenschaft an der Universität zu Köln, wo er 1987 das Staatsexamen bestand und 1990 mit einer Arbeit zur Geschichte der Kreuzzüge und zur christlichen Islamrezeption des Mittelalters promovierte. Nach dem Referendariat am Staatsarchiv Münster und an der Archivschule Marburg ist er seit 1993 Leiter des Stadtarchivs in Darmstadt, außerdem Mitglied der Historischen Kommission für Hessen und seit 2002 Vorsitzender des Historischen Vereins für Hessen, in dieser Funktion auch verantwortlich für das seit Anfang 2016 im Netz nutzbare Stadtlexikon Darmstadt Online. Er ist Autor zahlreicher Publikationen und Ausrichter vieler Ausstellungen zur Geschichte der Stadt Darmstadt und des Landes Hessen.

Die weiteren Vorträgen des Halbjahrs legen einen Fokus auf Strahlen in verschiedenen Anwendungsbereichen, beispielsweise auf die Weiterentwicklung der Tumortherapie mit Ionenstrahlen in sich bewegenden Organen. Auch auf die Möglichkeiten, mithilfe von im Labor erzeugten Röntgenstrahlen auf Objekte im Weltall zurückzuschließen, wird in einem Vortrag Licht geworfen. Im letzten Vortrag für das Jahr 2023 schließlich geht es um die Teilchen, die in unserer Umwelt vorhanden sind und permanent auf unsere Körper einwirken.

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, 13.09.2023, 14 Uhr
  850 Jahre Wixhausen – Ein Darmstädter Stadtteil mit Wissenschaftsgeschichte
  Peter Engels, Stadtarchiv Darmstadt
   
• Mittwoch, 18.10.2023, 14 Uhr
  Die Kunst der Präzision: Wie Strahlentherapie bewegte Tumore trifft
  Lennart Volz, GSI/FAIR
   
• Mittwoch, 15.11.2023, 14 Uhr
  Röntgen-Astrophysik im Labor (Wie man die Signale heißer Objekte im Weltall entschlüsselt)
  Sonja Bernitt, Helmholtz-Institut Jena
   
• Mittwoch, 06.12.2023, 14 Uhr
  Quanten mit höchsten Energien – der Mensch unter Dauerbeschuss
  Joachim Enders, Technische Universität Darmstadt

Festgelegt wurde bereits ein Ablaufplan, um die Installationen präzise und passgenau Schritt für Schritt vornehmen zu können. Zahlreiche unterschiedliche Aspekte wie etwa Lieferzeitfenster und Art der Magnete müssen dabei genau aufeinander abgestimmt und logistisch bewältigt werden, damit die Beschleunigerkomponenten sich im Rohbau wie ein gigantisches Puzzle exakt zueinander fügen.

Der Start der SIS100-Installation wird in der Geraden des westlich gelegenen Sektors 4 erfolgen. Von dort aus wird die Installation im Uhrzeigersinn Richtung Bogen des Sektors 3 fortgesetzt. Während die Gerade im Sektor 4 durch Hochfrequenzbeschleunigungsstrecken dominiert wird, besteht der Bogen weitgehend aus supraleitenden Magnetmodulen. Aufgrund der Liefersituation der zur Strahlfokussierung benötigten Quadrupolmodule werden zunächst die supraleitenden Dipolpaare im Bogen aufgebaut und miteinander verbunden. Letztere lenken den Strahl auf die sechseckige „Kreisbahn“ des SIS100.

Die Installation beginnt in der Geraden mit der Einbringung der supraleitenden Bypass Leitungen, die als polnischer Inkind-Beitrag gefertigt wurden. Die Bypass-Leitungen transportieren das zur Magnetkühlung benötigte flüssige Helium und die supraleitenden Hauptstromkreise an den Raumtemperatur-Komponenten der Geradenabschnitte vorbei. Die Bypass-Leitungen werden zunächst in eine Parkposition gebracht, von der aus sie dann nach Abschluss der Lieferung der Quadrupolmodule an diese herangefahren und verbunden werden. Im ersten Montageumlauf werden Lücken für die Quadrupolmodule gelassen, um diese im zweiten Umlauf zu integrieren.

Da sich der Tunnel noch in Setzungsbewegung befindet, lässt die spätere Integration der Quadrupolmodule auch Bewegungsfreiheit für eine Feinjustierung. Die Extraktionsgerade in Sektor 5 wird zur Bestückung des Hochenergiestrahl-Transportsystems, unter anderem mit schweren Magnetsystemen, zunächst offengehalten. Der Ausbau des SIS100-Tunnels mit der technischen Gebäudeausrüstung, den Doppelböden und Trassen ist im vollen Gange. In der zweiten Jahreshälfte 2023 werden dann noch die Kabelzugarbeiten mit Fokus auf den Sektor 4 durchgeführt werden.

Auf der Zielgeraden bis Ende des Jahres gilt es noch, umfangreiche Arbeiten in Vorbereitung der Montage abzuschließen. So müssen beispielsweise verschiedene kleiner Baugruppen zum Schließen des UHV-Systems (Ultrahochvakuum) beschafft, Vor-Integrationsarbeiten abgeschlossen und umfängliche Dokumentationen für jede Baugruppe vorbereitet werden. Dann kann mit der eigentlichen Installation begonnen werden, einem weiteren entscheidenden Meilenstein und damit einem Zeichen für den stetigen Fortschritt beim Bau von FAIR.

Parallel dazu unternimmt auch die Wissenschaft große Schritte in Richtung der zukünftigen Forschung an FAIR. Das FAIR-Experimentierprogramm wird, etwa durch Forschungsaufenthalte hochrangiger Wissenschaftler*innen vor Ort bei GSI und FAIR oder in den Kollaborationen der großen Experimentsäulen, aktuell immer zielgenauer definiert. Bereits heute bietet „FAIR-Phase 0“ herausragende Experimentiermöglichkeiten. In Zukunft wird die FAIR-Beschleunigeranlage hochenergetische Ionenstrahlen mit höchsten Intensitäten liefern. In Kombination mit dem Super-Fragmentseparator, Speicherringen und modernster Instrumentierung wird sie weltweit herausragende Forschungsmöglichkeiten bieten. (BP)

Neue kernphysikalische Daten ermöglichen ein besseres Verständnis für die Eigenschaften von Neutronensternen. Hochpräzise Messungen von Kernmassen belegen Germanium-64 als Wartepunkt-Kern in der Nukleosynthese durch schnellen Protoneneinfang und bilden die Grundlage für die Modellierung von Röntgenausbrüchen auf Neutronensternen als Teil von Doppelsternsystemen. Die Experimente wurden von einem internationalen Team unter Mitwirkung von Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Institutus für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg sowie des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung unter Nutzung der Heavy Ion Research Facility des Institut of Modern Physics (IMP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Lanzhou (China) durchgeführt.

Neutronensterne gehören zu den bizarrsten Objekten, die Astronomen bekannt sind. Bei einem Durchmesser von nur etwa zehn bis zwölf Kilometern gehören sie zu den dichtesten Objekten im Universum und haben eine Masse, die deutlich über der Sonnenmasse liegt. Außerdem sind sie extrem heiß und können die stärksten bekannten Magnetfelder produzieren. Die Physik dieser extremen Objekte ist daher für Wissenschaftler weltweit von großem Interesse.

Etwa fünf Prozent aller bekannten Neutronensterne sind Teil von Doppelsternsystemen, bei denen der Neutronenstern durch die Schwerkraft an einen anderen, oft weniger entwickelten Stern gebunden ist. In solchen Systemen werden häufig Ausbrüche von Röntgenstrahlung beobachtet.

Röntgenausbrüche vom Typ I sind thermonukleare Explosionen auf der Oberfläche eines Neutronensterns. Brennstoff ist wasserstoff- und heliumreiche Materie, die über Stunden bis Tage von einem begleitenden Riesenstern angesammelt wird. Sobald Temperatur und -Dichte zur Zündung erreicht sind, startet eine thermonukleare Kettenreaktion, die zu einem hellen Röntgenausbruch von etwa zehn bis 100 Sekunden Dauer führt. Der Ausbruch wird durch eine Abfolge von Kernreaktionen angetrieben, die als Nukleosynthese durch schnellen Protoneneinfang (rapid proton capture, rp-Prozess) bezeichnet wird.

Der rp-Prozess besteht aus einer Abfolge von Protoneneinfang und Betazerfall, wobei hochenergetische Photonen emittiert werden. Sogenannte Wartepunktkerne (WP-Kerne) spielen in diesem Prozess eine entscheidende Rolle, wie sich der Materiefluss und damit der Röntgenfluss einstellt, der durch den Neutronensternausbruch erzeugt wird. Es handelt sich um Kerne, bei denen der schnelle Protoneneinfang energetisch nicht weiter fortschreiten kann und somit der Prozess ins Stocken gerät, bis ein viel langsamerer β⁺-Zerfall eine Umgehung ermöglicht. Ein sequentieller Einfang von zwei Protonen kann jedoch in einigen Fällen den Wartepunkt überbrücken. Die Reaktionswahrscheinlichkeiten hängen von der Bindungsenergie der Protonen ab, die sich direkt aus den Massen der beteiligten Kerne ableiten lassen. Daher ist eine genaue Kenntnis der Massen der beteiligten Kerne für das Verständnis der Mikrophysik hinter den Röntgenausbrüchen entscheidend.

Gezielte Sensitivitätsstudien konnten zeigen, dass die noch unbekannten Massen für Kerne um den WP-Kern ⁶⁴Ge (Z = 32) derzeit eine große Unsicherheit bei der Modellierung der Nukleosynthese des rp-Prozesses darstellen. Eine Gruppe von Wissenschaftler*innen hat nun mit bisher unerreichter Auflösung alle verbleibenden Massen gemessen, die zur Bestimmung des Reaktionsflusses über ⁶⁴Ge benötigt werden – und dabei überraschende Erkenntnisse gewonnen.

Die untersuchten Kerne, nämlich ⁶³Ge, ^64,65As und ^66,67Se, sind extrem neutronenarm und haben sehr kurze Halbwertszeiten, die von 54(4) Millisenkunden für ⁶⁶Se bis 153,6(1,1) Millisekunden für ⁶³Ge reichen. Solche kurzlebigen Nuklide lassen sich nur in einer spezialisierten Anlage für radioaktive Ionenstrahlen herstellen und erfordern ultraschnelle und – aufgrund der geringen Produktionsmengen – auch ultraempfindliche und effiziente Messverfahren. Es ist zu betonen, dass die Produktionsrate der ⁶⁴As-Kerne weniger als ein Ion pro Tag betrug.

Das vorliegende Experiment wurde in der Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) am Institute of Modern Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften durchgeführt.

Eine neuartige Methode zum effizienten Nachweis von kurzlebigen Kernen kam erstmals im CSRe zum Einsatz. Einer ursprünglich für den Collector Ring von FAIR vorgeschlagenen Idee folgend, entwickelten die Wissenschaftler*innen eine wirksame Methode, um die Unsicherheiten bei der Umlaufzeit der Ionen im CSRe-Speicherring der HIRFL-Anlage zu kompensieren, die durch deren Geschwindigkeitsdifferenzen verursacht werden.

„Wir haben beim Aufbau der Nachweisdetektoren geholfen und sind tief involviert in der physikalischen Interpretation der Daten“, berichtet Professor Klaus Blaum, Direktor der Abteilung für gespeicherte und gekühlte Ionen am Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg. „Die hier gezeigte Möglichkeit, Massen solch kurzlebiger Spezies mit verschwindend geringen Produktionsraten zu messen, ist ein großer Erfolg“, beschreibt Professor Yuri Litvinov, Leiter der ASTRUm-Gruppe bei GSI in Darmstadt, die Bedeutung der neuen Ergebnisse. „Zuvor konnten wir die Massen von kurzlebigen Kernen nicht mit dieser Genauigkeit messen oder in manchen Fällen gar nicht bestimmen.“

Mit dieser neuartigen Methode wurden die Massen der Kerne ⁶⁴As und ⁶⁶Se zum ersten Mal bestimmt, und Werte der Massen von ⁶³Ge, ⁶⁵As und ⁶⁷Se wurden deutlich verbessert. Mit diesen neu gewonnenen Daten simulierten die Wissenschaftler*innen einen Röntgenausbruch, wobei sich dafür eine größere Spitzenleuchtkraft ergab als bisher angenommen. Das bedeutet, dass diese astronomischen Objekte weiter entfernt sein müssen als erwartet, um die von Teleskopen erfasste Helligkeit zu erreichen. Im Fall des bekannten Röntgen-Doppelsternsystems GS 1826-24 soll dieser etwa 1300 Lichtjahre weiter von unserem Sonnensystem entfernt sein als bisher angenommen. Darüber hinaus haben die neuen Ergebnisse Auswirkungen auf die Aufheiz- und Abkühlungsraten des Neutronensterns und aktualisieren die Angaben für seine Dichte.

Alle relevanten und für die Modellierung des rp-Prozesses durch ⁶⁴Ge benötigten Massen sind nun gemessen. Der nächste Schritt besteht darin, die Massen um die nächsten beiden kritischen WP-Kerne ⁶⁸Se und ⁷²Kr genau zu bestimmen. „Wir sind zuversichtlich, dass diese neu entwickelte Methode zur genauen Bestimmung der Massen solch kurzlebiger Kerne uns helfen wird, diese faszinierenden astronomischen Objekte und die zugrunde liegende Physik noch besser zu verstehen“, fasst Klaus Blaum die Ergebnisse zusammen. (MPIK/CP)

Weitere Informationen

Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Kernphysik, Heidelberg

Veröffentlichung im Fachmagazin "Nature"

Gruppe 'ASTRUm - Astrophyics with Stored Highy Charged Radionucleides' von Professor Yuri Litvinov

Bikash Sinha war einer der prägenden und führenden Köpfe der erfolgreichen Partnerschaft Indiens an FAIR. Er war der Wegbereiter für den Beitritt Indiens als Gesellschafter bei FAIR und hatte eine führende Rolle bei der Konzeption des wissenschaftlichen Programms von FAIR. Er war außerdem der Vertreter Indiens im FAIR Council, dem höchsten Aufsichtsgremium von FAIR, vom Beginn im Jahr 2010 bis zum Jahr 2021. Seiner Tatkraft ist es maßgeblich zu verdanken, dass inzwischen rund 25 wissenschaftliche Institutionen und 15 industrielle Partner in Indien am FAIR-Projekt beteiligt sind.

Vor der Gründung von FAIR bestanden bereits langjährige erfolgreiche Kooperationen von Bikash Sinha mit GSI. GSI ist dankbar, von Beginn an Teil seines großen Projekts der indischen internationalen Zusammenarbeit auf dem Gebiet der relativistischen Schwerionenphysik gewesen zu sein.

Bikash Sinha war ein weltweit anerkannter Wissenschaftler und eine der herausragenden Persönlichkeiten im Wissenschaftsmanagement in Indien. Er war unter anderem Direktor des Saha Institute of Nuclear Physics and Variable Energy Cyclotron Centre. Für seine wissenschaftlichen Arbeiten erhielt er zahlreiche Auszeichnungen, darunter die renommierten Orden Padma Shri und Padma Bhushan, die von der indischen Regierung vergeben werden.

FAIR und GSI werden Bikash Sinha als herausragenden Wissenschaftler, Wissenschaftspolitiker, vor allem aber als großartigen Menschen und Freund in bleibender Erinnerung behalten. Für seine Kollegen und Freunde war er durch seine beeindruckende Persönlichkeit stets eine Quelle positiver Energie und Inspiration. Das Management von GSI/FAIR spricht seiner Familie und seinen Freunden tief empfundenes Beileid aus. (IP)

In gemeinsamer Forschung des GSI Helmholtzzentrums mit der Radiologischen Klinik und dem Deutschen Krebsforschungszentrum Heidelberg (DKFZ) sowie dem Forschungszentrum Rossendorf FZR (dem heutigen Helmholtzzentrum Dresden-Rossendorf, HZDR) wurde die damals neuartige Schwerionentherapie vorangetrieben. Erste, einzelne Bestrahlungen mit schweren Ionen gab es bereits im Dezember 1997. Davor lagen vier Jahre technischen Aufbaus der Therapie-Einheit mit einem Patienten-Bestrahlungsplatz am Schwerionen-Beschleuniger bei GSI und 20 Jahre Grundlagenforschung in Strahlenbiologie und Physik. Initiator und Wegbereiter der Tumortherapie war Professor Gerhard Kraft. Bereits Anfang der 1980er Jahre baute er die biophysikalische Forschungsabteilung bei GSI auf, deren Leiter er von 1981 bis 2008 war.

Weltweite Neuerungen waren die extrem zielkonforme Bestrahlung mit dem Rasterscanverfahren, die biologische Bestrahlungsplanung und die Visualisierung des Strahls im Patienten mit einem speziellen Aufnahmegerät, der PET-Kamera (Positronen-Emissions-Tomographie).

Mit großem Erfolg wurden bei GSI bis 2008 über 440 Patient*innen mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionen des Kohlenstoffatoms behandelt. Inzwischen setzen Spezialkliniken unter anderem in Heidelberg (Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT), Marburg (Marburger Ionenstrahl-Therapiezentrum MIT) und Shanghai (SPHIC) maßgeschneidert um, was vor 25 Jahre bei der Darmstädter GSI begonnen hat. An der Entwicklung dieser drei Anlagen war GSI maßgeblich beteiligt. Das dreidimensionale Scannen des Strahls über den Tumor ist in der Zwischenzeit Standard in allen neuen Partikeltherapieanlagen. Die drei Zentren HIT, MIT und SPHIC haben bis heute zusammen mehr als 10.000 Patient*innen behandelt.

Heute ist Professor Marco Durante Leiter der GSI-Biophysik. Er ist anerkannter Experte auf dem Gebiet der Teilchentherapie und derzeit Präsident der Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG), einer weltweiten Organisation von Forschenden und Anwendenden auf dem Gebiet der Strahlentherapie mit Protonen, leichten Ionen sowie schweren geladenen Teilchen. Er wurde durch den Lenkungsausschuss der PTCOG gewählt, zu dem jedes klinische Partikeltherapiezentrum weltweit Repräsentant*innen entsendet.

Professor Durante und sein Team arbeiten unter großer internationaler Beachtung daran, die Methode durch neue Technologien und Behandlungsabläufe weiter zu optimieren und noch schlagkräftiger zu machen. So steht beispielsweise aktuell die FLASH-Bestrahlung – die Applikation einer ultrahohen Strahlendosis in sehr kurzer Zeit – weltweit stark im Fokus und wird mit hoher Expertise bei GSI vorangetrieben. Weitere Forschungsrichtungen sind auch die Behandlung von bewegten Tumoren an inneren Organen und mögliche Kombinationen von Schwerionen- und Immuntherapie.

Das derzeit bei GSI entstehende internationale Beschleunigerzentrum FAIR wird zudem die Forschungsmöglichkeiten für die Partikeltherapie der nächsten Generation noch mehr erweitern, zum Beispiel durch den Einsatz von Strahlen mit hohen Intensitäten oder von radioaktiven Ionen für die Online-PET-Bildgebung. Die Tumortherapie mit schweren Ionen eröffnet somit noch breiten Raum für weitere wissenschaftliche Erkenntnisse, damit sie in Zukunft noch besser zum Wohle vieler Patienten eingesetzt werden kann.

Wie bedeutsam die Entwicklung und Erforschung der Tumortherapie mit schweren Ionen für die Medizin ist, bestätigen 25 Jahre nach dem Start in Darmstadt auch aktuelle klinische Studien zur Kohlenstoffionen-Strahlentherapie, die am HIT in Heidelberg durchgeführt werden. Bislang hat die Forschung am HIT für mehrere Bereiche klinische Beweise für die Sicherheit und Wirksamkeit der Kohlenstoff-Ionenstrahltherapie erbracht: Sie zeigen, je nach Tumorart, eine gute Verträglichkeit der Therapie gepaart mit einer effektiven Bekämpfung des behandelten Tumors.

Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, betont den großen Nutzen für die Gesellschaft: „Die Ionenstrahltherapie, die bei GSI entwickelt wurde, ist ein herausragendes Beispiel dafür, wie die Gesellschaft und die Menschen durch gelungenen Technologietransfer von Grundlagenforschung profitieren können. Zusammen mit starken Partnern arbeiten wir intensiv daran, neue Technologien und Methoden zu entwickeln, damit unsere wissenschaftlichen Durchbrüche auch in Zukunft der Gesellschaft zugutekommen, in der Medizin und in anderen Bereichen wie der Materialforschung oder der Computertechnologie.“ (BP)

Wissenschaftlicher Hintergrund: Die Tumortherapie mit schweren Ionen

Die Behandlung mit Ionenstrahlen ist ein sehr präzises, hochwirksames und gleichzeitig sehr schonendes Therapieverfahren. Der große Vorteil der Methode: Die Ionenstrahlen, die zuvor in der Beschleunigeranlage auf sehr hohe Geschwindigkeiten gebracht wurden, entfalten ihre größte Wirkung erst im Tumor, das umliegende gesunde Gewebe wird geschont. Weil die Reichweite eines Schwerionen-Strahls millimetergenau gesteuert werden kann, können die Teilchen ihre zerstörerische Energie konzentriert im Tumor abgeben.

Mit dem ebenfalls bei GSI entwickelten und erstmals in der Schwerionentherapie eingesetzten Rasterscan-Verfahren lässt sich der Kohlenstoff-Strahl zudem sehr präzise über den Tumor führen. Die Strahlendosis kann in drei Dimensionen Punkt für Punkt im Tumorgewebe platziert werden. Zur Intensitätsregelung verweilt der Strahl so lange auf jedem Punkt, bis die berechnete Solldosis erreicht ist. Trotz der großen Zahl von bis zu 50.000 Strahlpositionen dauert die Bestrahlung eines Feldes nur wenige Minuten. Das Verfahren erlaubt eine sehr exakte Bestrahlung komplex geformter Tumoren.

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Ionenstrahlen im Kampf gegen den Krebs

Förderverein Tumortherapie

Als Partner von „The hessian AICon“ unterstrichen GSI und FAIR ihr Engagement für praktische KI-Anwendung in verschiedenen Bereichen. GSI und FAIR arbeiten bereits mit hessian.AI im Digital Open Lab am Green IT Cube auf dem GSI/FAIR-Campus zusammen. Am Ausstellungsstand von GSI und FAIR präsentierten die Abteilungen Technologietransfer und Informationstechnologie (IT) die Angebote an private und öffentliche Partner: die Bereitstellung der Infrastruktur und der IT-Kompetenzen für gemeinsame Entwicklungsprojekte und gemeinsam betriebene Hochleistungsrechensysteme und -projekte. Außerdem bot die Abteilung Beschleunigerphysik Einblicke in praktische Einsatzmöglichkeiten von KI in der Entwicklung großer Beschleunigeranlagen und deren Betrieb im Kontrollraum.

Der Green IT Cube ist ein Innovationszentrum für energieeffiziente und nachhaltige IT. Er bietet eine hochmoderne Recheninfrastruktur und dient als Umgebung für die Entwicklung, Erprobung und Hochskalierung energieeffizienter Hochleistungsrechnerlösungen. Das Digital Open Lab im Green IT Cube bietet Forschenden, Unternehmen und Start-ups einen idealen Rahmen, um gemeinsam in enger Anbindung an Spitzenforschung aktuelle Fragestellungen zu bearbeiten.

Darüber hinaus wurde der Green IT Cube kürzlich als Standort für die erste Phase des vom Land Hessen geförderten KI-Innovationslabors von hessian.AI ausgewählt. Im Rahmen dieser Initiative werden zehn Millionen Euro in den Aufbau eines einzigartigen Zentrums für KI-Forschung, -Entwicklung und -Anwendung investiert. Das Innovationslabor wird eine hochmoderne KI-Supercomputerinfrastruktur und umfangreiches KI-Fachwissen bieten, um die Zusammenarbeit zwischen Forschenden, Industrie und Start-ups zu fördern. Es wird eine Plattform für die Entwicklung, Schulung, Erprobung und Evaluierung von KI-Systemen und -Anwendungen bieten sowie Produktinnovationen in Bereichen wie Medizin, Materialforschung, Pharmazie und Industrie ermöglichen.

Die Konferenz „The hessian AICon“ zielte darauf ab, Zusammenarbeit, Wissensaustausch und Innovationen innerhalb der KI-Community zu fördern. Sie diente Branchenführern, Forschenden und KI-Enthusiasten als Plattform um sich zu vernetzen, aktuelle Fortschritte zu diskutieren und das transformative Potenzial von KI-Technologien zu erkunden. (BP)

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Über hessian AI

Über das Digital Open Lab

Einen Tag lang hatten GSI und FAIR die Pforten für die Gäste geöffnet, zu denen auch zahlreiche Vertretende aus Politik und Forschung gehörten. Tausende Interessierte, darunter viele Familien, nutzten die Möglichkeit, um einen Blick hinter die Kulissen einer der international führenden physikalischen Forschungseinrichtungen zu werfen. Die Nachfrage war außerordentlich groß: Binnen einer Woche waren sämtliche Tickets für Führungen auf dem Campus und der FAIR-Baustelle sowie den Aufenthalt auf der Flaniermeile „Science Square“ ausgebucht. Die GSI- und FAIR-Geschäftsführung freute sich über das starke Interesse der großen und kleinen Gäste für die Arbeit von GSI und FAIR. Der Tag machte deutlich, dass Forschung einerseits aus hoher wissenschaftlicher Qualität und faszinierender Technik besteht, andererseits aber auch von engagierten Mitarbeiter*innen lebt.

Für den Tag der offenen Tür unter dem Motto „Sehen. Erleben. Verstehen“ hatten die Mitarbeitenden von GSI und FAIR den Forschungsbetrieb ganz speziell vorbereitet, um so viele Themen wie möglich für die Gäste greifbar zu machen. Über 400 freiwillige Helfer*innen waren im Einsatz. Sie standen bereit, um den Gästen einen interessanten und informativen Tag zu ermöglichen, beantworteten unermüdlich Fragen und unterstützten bei den Führungen.

Bei fünf geführten Touren und an fast 20 Stationen konnten die Gäste erlebnisreiche Einblicke in die Arbeit rund um die Forschung mit Ionenstrahlen erhalten. Dazu gehörten Beschleunigeranlagen, durch die die Ionen während des Forschungsbetriebs mit rund 270.000 Kilometer pro Sekunde rasen können, sowie Großexperimente mit ihren haushohen Detektoren, mit denen die Forschenden mehrere Hundert Reaktionsprodukte gleichzeitig nachweisen können. Andere Touren setzten einen Schwerpunkt auf die 20 Hektar große Baustelle für die weltweit herausragende Teilchenbeschleunigeranlage FAIR und die einzigartigen Hightech-Entwicklungen für dieses große Zukunftsprojekt.

Außerdem konnten die Besucher*innen auf der Flaniermeile „Science Square“ die internationale Atmosphäre von GSI und FAIR genießen und sich an zahlreichen Verpflegungs- und Unterhaltungsstationen entspannen, unter anderem mit Wissenschaftsshows von den „Physikanten“ und dem „Team Scientastic“, mit Zaubereien, Eiscreme aus Stickstoff, Tischtüfteleien und Mitmach-Experimenten. Der „Markt der Möglichkeiten“ bot unter anderem Gelegenheit, mit Forschenden zu Themen wie Technologietransfer oder Raumfahrt ins Gespräch zu kommen und informierte über die vielfältigen Jobmöglichkeiten bei GSI und FAIR.

Der Tag der offenen Tür bei GSI und FAIR war zugleich Teil des großen, bundesweiten Programmangebots für das Wissenschaftsjahr 2023. Die Aktion wird jährlich unter einem wechselnden Thema vom Bundesministerium für Bildung und Forschung ausgerufen, diesmal unter dem Titel „Unser Universum“. Das Thema passt besonders gut zum künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, das unter dem Motto „Das Universum im Labor“ steht. Mit FAIR wird Materie im Labor erzeugt und erforscht, wie sie sonst nur im Universum vorkommt. Forschende aus aller Welt erwarten neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute. (BP)

Stimmen zum Tag der offenen Tür

Prof. Dr. Kristina Sinemus, Hessische Ministerin für Digitale Strategie und Entwicklung: „Besonders freut mich neben Ihren konkreten Forschungserfolgen, wie stark sich die hessische Forschungslandschaft zusammen mit GSI und FAIR weiter vernetzt und wichtige Synergien ausschöpft, um die erfolgreiche digitale Transformation in Hessen weiter voranzubringen. Das im März eröffnete KI-Innovationslabor des Hessischen Zentrums für Künstliche Intelligenz hessian.AI am Green IT Cube des GSI oder der neue Digital Innovation Hub EDITH sind zwei Beispiele, anhand derer unsere gelungene Kooperation greifbar wird.“

Prof. Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR: „Es ist uns ein wichtiges Anliegen, die Öffentlichkeit über unsere Arbeit und unser Zukunftskonzept zu informieren und das Interesse für naturwissenschaftlich-technische Themen zu stärken, vor allem auch bei dem interessierten Nachwuchs. Mit dem Tag der offenen Tür ist es uns gelungen, viel Begeisterung und Neugier für die Forschung zu wecken. Sehr erfreulich ist auch, dass viele junge Menschen gekommen sind – unsere potenziellen Wissenschaftler*innen von morgen.“

Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR: „Der Tag der offenen Tür hat sehr viele Besucher*innen angezogen und damit verdeutlicht, welche Faszination Spitzenforschung auf die Menschen ausübt. Wir konnten der interessierten Öffentlichkeit Einblicke in die aktuellen FAIR-Bauaktivitäten ermöglichen und zeigen, welche Fortschritte es kontinuierlich auf dem 20 Hektar großen Baufeld gibt. Das internationale FAIR-Projekt garantiert eine zukunftsträchtige Weiterentwicklung am Standort Darmstadt und bietet innovative Perspektiven für die Forschung und Technik.“

Die Summer School wird sowohl auf dem Gelände des ESA-Satellitenkontrollzentrums ESOC als auch auf dem GSI- und FAIR-Campus in Darmstadt abgehalten. Ziel ist es, Studierende in der grundlegenden Schwerionen-Biophysik für Weltraumanwendungen, wie beispielsweise bei Erkennung, Überwachung und Schutz von Weltraumstrahlung auszubilden. Denn die Erforschung kosmischer Strahlung und ihrer Auswirkungen auf Menschen, Elektronik und Material ist ein entscheidender Beitrag für eine zukunftsträchtige Raumfahrt, damit Astronauten 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.

Das wissenschaftlich hochkarätige Programm der Summer School, eröffnet von Wim Sillekens 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. Dabei wechseln die Teilnehmenden zwischen den beiden Standorten ESOC und GSI/FAIR-Campus. Dort werden sie in der zweiten Woche von Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, begrüßt. Außerdem gibt Dr. Radek Pleskac einen Einblick in das FAIR-Projekt. Bei GSI und FAIR haben die Teilnehmenden die Gelegenheit, in Teamarbeit an Laboraktivitäten mitzuwirken und mehr über die Forschungsfelder Strahlenbiologie und Simulation kosmischer Strahlung in Beschleunigern zu erfahren.

Die Nachwuchsforschenden haben dabei die Möglichkeit, ihre eigenen Experimentideen weiterzuentwickeln und auszubauen, indem sie einen Vorschlag für ein bodengestütztes Weltraumstrahlungsexperiment zum Beispiel im Rahmen der Untersuchungen zu biologischen Effekten von Strahlung (IBER-Programm) formulieren und einreichen. IBER ermöglicht es Forschungsgruppen, die GSI-Beschleunigeranlagen zu nutzen, um die biologischen Auswirkungen kosmischer Strahlung zu untersuchen. Am Ende der ESA-FAIR Radiation Summer School werden die Teilnehmenden schriftliche Prüfungen ablegen beziehungsweise Teamarbeiten durchführen, die von den Dozent*innen evaluiert und bewertet werden.

Die Einrichtung der Summer School ist ein Ergebnis der seit vielen Jahren engen Kooperation zwischen ESA und FAIR zur Erforschung kosmischer Strahlung und eines von mehreren gemeinsamen Themen in der GSI/FAIR-ESA-Kooperationsvereinbarung. 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 die Möglichkeiten noch erheblich erweitert: FAIR wird Experimente mit einem noch größeren Spektrum an Teilchenenergien und -intensitäten erlauben und die Zusammensetzung der kosmischen Strahlung noch genauer simulieren können. Die Nachbarschaft zum ESA-Satellitenkontrollzentrum in Darmstadt schafft zudem ideale Voraussetzungen für die lokale Zusammenarbeit auf einem der entscheidenden Forschungsfelder der Zukunft. (BP)

Weitere Informationen

ESA-FAIR Radiation Summer School

Die Ausstellug ist von Freitag, 28. Juli bis Sonntag, 30. Juli 2023 jeweils von 11.00 bis 19:00 Uhr im Atelierhaus LEW1 auf der Rosenhöhe zu sehen. (LW)

Vollständige News von Kultur einer Digitalstadt e.V.

Das passt perfekt! Das Universum im Labor trifft auf das Universum auf Tour. Die Experimente von GSI und FAIR bringen das Universum ins Labor, indem sie einige der wesentlichen Prozesse, die die Entwicklung unseres Universums bestimmen, im Labor unter kontrollierten Bedingungen mit Hilfe von Teilchenbeschleunigern erzeugen. Diese Forschung wird Teil der Planetariumsshow sein, bei der die Besucher in die Tiefen des Weltraums reisen und eine Tour durch das Universum unternehmen. In einem Begleitzelt können die Gäste zudem eine Ausstellung zum Thema „Licht“ besuchen und herausfinden, was es über das Universum verrät und welche Rolle die Gravitationswellen spielen. Verschiedene Stationen informieren unter anderem über die Bedeutung von Licht für die Astronomie – von Radiowellen über das für uns sichtbare Licht der Sterne bis hin zur Gammastrahlung – und werfen einen Blick in die Kinderstuben von Sternen und Planeten.

Öffnungszeiten des mobilen Planetariums in Hofheim: 
26. – 28. Juli: 09:00 – 22:00 Uhr I 29. Juli: 10:00 – 22:00 Uhr I 30. Juli: 10:00 – 18:00 Uhr 

Vorträge im Planetariumszelt (Beginn um 20:00 Uhr): 

• Mittwoch, 26. Juli 2023: „Elemententstehung – Einblicke in das Leben von Sternen“ von Prof. Dr. René Reifarth, Goethe-Universität Frankfurt
• Samstag, 29. Juli 2023: „Röntgen-Astrophysik heißer Materie – vom Labor ins Weltall“ von Dr. Sonja Bernitt, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
• Samstag, 29. Juli 2023: „Light Walk“ mit dem Bürgerforschungsprojekt Nachtlicht-BüHNE zur digitalen Erfassung der Lichtverschmutzung

Insgesamt bereist die Roadshow „Universe on Tour” von Mai bis September 2023 15 Groß- und Kleinstädte, um Bürger*innen für Forschung im Weltraum zu begeistern. Die Tour wird im Rahmen des Wissenschaftsjahres 2023 – Unser Universum durchgeführt, einer gemeinsamen Initiative des BMBF sowie von Wissenschaft im Dialog (WiD). Für die Umsetzung und inhaltliche Gestaltung von „Universe on Tour“ zeichnen die Stiftung Planetarium Berlin und die Astronomische Gesellschaft (AG) verantwortlich.

Bürgerforschungsprojekt Nachtlicht-BüHNE

Interessierte können am Citizen-Science-Projekt Nachtlicht-BüHNE mitwirken, indem sie die Lichtverschmutzung in ihrer Umgebung dokumentieren und die gesammelten Daten für die Forschung bereitstellen. Am 29. Juli 2023 um 20:00 Uhr startet der „Light Walk“ am Planetariumszelt. Hier ist keine Anmeldung nötig. Die Projektverantwortlichen stehen für Interviews bereit. (LW)

Alle Stationen der Roadshow „Universe on Tour“: 
wissenschaftsjahr.de/2023/universe-on-tour

Die Abgeordneten informierte sich über die aktuellen wissenschaftlichen Aktivitäten bei GSI/FAIR und die Fortschritte beim künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht. Nach einführenden Informationen über den Stand des FAIR-Bauprojektes, die Campus-Weiterentwicklung, die Forschungserfolge und aktuellen Experimente erhielten die Gäste bei einem geführten Rundgang Einblicke in die bestehenden Forschungseinrichtungen auf dem GSI- und FAIR-Campus. Besucht wurden der Linearbeschleuniger UNILAC, den Dr. Udo Weinrich vorstellte, das Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube, das Dr. Helmut Kreiser erläuterte, das Großexperiment R3B, über das Dr. Kathrin Göbel informierte, und der Teststand für supraleitende Beschleunigermagneten, wo Hightech-Komponenten für FAIR geprüft werden, erläutert von Dr. Holger Kollmus.

Bei einer Rundfahrt über die Baustelle, begleitet von Dr. Harald Hagelskamp, dem Leiter der FAIR-Baustelle, konnten die Gäste die Baufortschritte aus nächster Nähe in Augenschein nehmen. Auf dem Programm standen die Gebäude für die Kryoanlage, der unterirdische Beschleuniger-Ringtunnel SIS100, das zentrale Bauwerks für die Strahlführungen und -verteilung (Kreuzungsbauwerk) und Gebäude für die FAIR-Experimentierplätze. (BP)

Digital Open Lab

Ein Wandel zur Green Economy wird ohne immer energieeffizientere Großrechenzentren kaum gelingen. Neue Konzepte und Technologien sind gefragt, um den enormen Datenhunger der Gesellschaft und zunehmend auch der Wissenschaft auf nachhaltige Weise zu stillen. Auf dem Weg zu einer Umsetzung dieser Anforderungen wurde am Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube von GSI/FAIR in 2022/23 eine Etage zu einem IT-Reallabor namens Digital Open Lab ausgebaut. Zu diesem Zweck erhielt GSI eine Projektförderung aus dem REACT-EU-Programm. In Zukunft werden über das Digital Open Lab Forschungs- und Entwicklungsprojekte, unter anderem zum nachhaltigeren Betrieb von Rechenzentren und auch gemeinsam mit Industriepartnern, durchgeführt. Ebenfalls besteht für Partner aus dem wissenschaftlichen Umfeld die Möglichkeit, den Rechenzentrumsplatz für die eigene Forschungsarbeit zu verwenden.

Angeregt durch eine Vielzahl an Industriebesuchen bzw. -anfragen initiierte die Abteilung Technologietransfer von GSI/ FAIR die Umsetzung des Reallabors. Zuvor existierte in Deutschland weder für Forschende noch für Unternehmen eine Entwicklungs- und Testplattform unter Realbedingungen. Aus dieser Anforderung entstand die Idee eines digitalen Reallabors.

Im Digital Open Lab sollen weitere digitale Innovationen für energieeffizientes Höchstleistungs-Computing und ultraschnelle Datenverarbeitung, insbesondere unter Verwendung flüssiger Kühlmedien, gemeinsam mit der Industrie erprobt, getestet und für die industrielle Anwendung vorbereitet werden. Hierzu bietet das Digital Open Lab eine Grundinfrastruktur, in der wechselnde Anwendungsszenarien je nach Anforderung der Industriepartner aufgebaut werden können. Diese müssen allerdings die realistische Simulation eines industriellen Einsatzszenarios erlauben, sowohl hinsichtlich der Größe des Demonstrators (Vielzahl von Servern und weiteren Komponenten) als auch bezüglich der Anschlüsse und Möglichkeiten für unterschiedliche Betriebsmodi (z. B. Dauerbetrieb unter hohen Lasten).

Das Digital Open Lab stellt die notwendigen Ressourcen für diese Aufgabe bereit. Hier können Technologien in Kollaborationsvorhaben mit der Industrie in Dimensionen, technischen Umgebungen und Betriebsszenarien erprobt werden, welche dem industriellen Einsatz deutlich näherkommen als die herkömmliche Entwicklungsumgebung im Labor.

Die nötigen Cluster-Netzwerke sowohl mit inhaltlich ergänzenden Wissenschaftler*innen als auch Unternehmen mit attraktiven Anwendungsszenarien befinden sich im Aufbau. Hieraus sollen sich passende, leistungsfähige und nachhaltige Transferstrukturen ableiten.

Damit können:

1. potentialträchtige Technologien und dazu passende Anwendungsfelder außerhalb ihres Einsatzbereiches aus der Grundlagenforschung identifiziert werden;
2. potentialträchtiger Technologien in den identifizierten Anwendungsfeldern mit Marktteilnehmern validiert werden;
3. Transferstrategien für spezifische Technologien in bestimmte Anwendungsbereiche entwickelt und implementiert werden;
4. passende Transferprojekte mit Partnern aus Forschung und Industrie strukturiert und finanziert werden; sowie
5. ein thematisch passendes Industrienetzwerk als Unterstützung für die Identifizierung, Validierung und den Transfer von Technologien aufgebaut werden.

Green IT Cube – Die Technologie

Der „Green IT Cube“ ist ein umweltfreundliches Höchstleistungs-Computer-Rechenzentrum mit einem speziellen Kühlsystem, bei dem die entstehende Wärme bereits mittels Rückkühltüren in den Rechnerschränken durch ein flüssiges Kühlmedium abgeführt wird. Hierdurch wird die zur Kühlung benötigte Energie auf ca. ein Zehntel im Vergleich zu herkömmlichen Rechenzentren reduziert. Des Weiteren braucht das Rechenzentrum keine aufwändige Kühlung der volumenreichen Raumluft. Bei halber Geschosshöhe können die Rechnerschränke wie in einem Hochregallager viel dichter angeordnet werden, was die Investitionskosten reduziert. Das Rechenzentrum Green IT Cube benötigt über die für die Versorgung der Rechnerkomponenten notwendige elektrische Leistung hinaus weniger als zehn Prozent des Energieverbrauchs zusätzlich für die Kühlung und den gesamten übrigen Betrieb (PUE<1,1).

Erfinder der umweltfreundlichen Rechenzentrumstechnologie sind Professor Volker Lindenstruth sowie Professor Horst Stöcker. Sie entwickelten ein visionäres Gesamtkonzept einer stark optimierten Kühlstruktur für energieeffizienteste Großrechenzentren. Die Bauzeit des „Green IT Cubes“ erfolgte von Mitte Dezember 2014 bis Dezember 2015. Im Januar 2016 erfolgte die Inbetriebnahme. Seither befindet sich die Technik erfolgreich im Betrieb und wird kontinuierlich weiter verbessert.

Das leistungsstarke Green-IT-Cube-Konzept konnte wiederholt nationale und internationale Preise für Innovation und Umweltfreundlichkeit gewinnen, zuletzt wurde es mit dem Umweltzeichen des Umweltbundesamtes, dem Blauen Engel, ausgezeichnet. Noch vor der eigentlichen Fertigstellung der Etage wurde das Digital Open Lab mit dem Datacenter Strategy Award 2022 im Bereich Innovation ausgezeichnet. Damit wurde die Strategie von GSI/FAIR zur Nutzung des Green IT Cube als Reallabor zur Entwicklung neuer Ideen und Innovationen in Zusammenarbeit mit Startups, Unternehmen und Forschungsinstituten gewürdigt. (CP)

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.

Über NDC-GARBE

NDC-GARBE (ndc-garbe.com) ist ein deutscher Rechenzentrumsentwickler. Das internationale Team vereint Jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung europäischer Immobilienstandorte mit profunder Kenntnis der Data-Center-Technologien und einem tiefen Verständnis des Marktes. Der Fokus liegt auf Projekten in den nachfragestärksten Märkten in Deutschland und dem benachbarten europäischen Ausland. Ob auf Basis modularer und kostenoptimierter Standardlösungen oder eines Rechenzentrums nach kundenspezifischen Anforderungen, versichert NDC-GARBE über alle Projektphasen bis hin zur schlüsselfertigen Übergabe einen reibungslosen Ablauf und eine termingetreue Fertigstellung.

Professor Karlheinz Langanke arbeitet auf dem Gebiet der theoretischen Kernastrophysik, insbesondere an der theoretischen Berechnung von Kernreaktionen in Supernovae und der stellaren Elementsynthese. Geboren 1951, studierte er Physik an der Universität Münster, wo er auch promovierte und sich habilitierte. Als Postdoc ging er an das California Institute of Technology (Caltech), wo der Nobelpreisträger Willy Fowler sein Interesse an der nuklearen Astrophysik weckte. Von 1987 bis 1992 hatte er eine Professur an der Universität Münster inne, und 1992 trat er als Senior Research Associate in die Fakultät des Caltech ein. Im Jahr 1996 nahm er einen Lehrstuhl an der Universität Aarhus in Dänemark an. Seit 2005 hat er eine gemeinsame Professur an der Technischen Universität Darmstadt und an der GSI inne, wo er auch als Forschungsdirektor und 2015/16 zwei Jahre lang als Wissenschaftlicher Geschäftsführer tätig war.

Der wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, betont: „Ich freue mich sehr über die Wahl von Professor Karlheinz Langanke zum Ehrenmitglied der EPS. Er ist eine herausragende Persönlichkeit in unserem Wissenschaftsbereich und hat das wissenschaftliche Programm von GSI und FAIR entscheidend mitgestaltet. Er ist ein herausragender Wissenschaftler, der mit seinen Projekten und seinem Engagement wichtige Herausforderungen in der Kernphysik angeht. Mit der Aufnahme in diesen renommierten Kreis der EPS-Ehrenmitglieder werden seine wissenschaftliche Arbeit und sein internationales Ansehen zu Recht gewürdigt. Zugleich zeigt die Auszeichnung die wissenschaftliche Stärke von GSI und FAIR. Karlheinz Langankes bahnbrechende Beiträge zur mikroskopischen Beschreibung von nuklearen Prozessen in astrophysikalischen Umgebungen haben einen tiefgreifenden Einfluss auf unser modernes Verständnis der Sternentwicklung, der Supernovendynamik und der Nukleosynthese. Karlheinz initiierte und entwickelte weltweit führende Aktivitäten auf dem Gebiet der nuklearen Astrophysik in Darmstadt, die in Zukunft das Rückgrat der Forschung an unserer neuen Anlage FAIR bilden werden, von der wir grundlegende neue Erkenntnisse über den Ursprung der Elemente im Universum und der astrophysikalischen Objekte, die sie hervorbringen, erwarten. Die Arbeit von Professor Langanke schafft somit ein wichtiges und lang anhaltendes Vermächtnis."

Professor Karlheinz Langanke hat sich im Laufe seiner wissenschaftlichen Karriere mit vielen Themen der nuklearen Astrophysik beschäftigt, die von hydrostatischen Brennphasen in Sternen bis zum Verständnis der Dynamik und der damit verbundenen Nukleosynthese von explosiven Ereignissen wie Supernovae reichen. Seine wohl wichtigste Forschungsarbeit befasst sich mit dem Elektroneneinfang an Kernen, dem dominierenden Prozess, der dem Gravitationskollaps im Kern eines massiven Sterns entgegenwirkt und zu einer Supernovaexplosion führt. Er entwickelte die Strategie und die Techniken zur Beschreibung dieses Prozesses unter den extremen Dichte- und Temperaturbedingungen, die in einem kollabierenden Stern herrschen. Seine Ergebnisse fließen heute in moderne Supernova-Simulationen ein und haben wichtige Konsequenzen für die Dynamik des Kollapses. Darüber hinaus entwickelte Langanke auch das Forschungsgebiet der Neutrino-Kern-Reaktionen für astrophysikalische Anwendungen in der Nukleosynthese und dem Neutrino-Nachweis auf der Erde. Er erkannte auch die wichtige Rolle, die Spaltausbeuten in der Nukleosynthese des r-Prozesses spielen, und entwickelte zusammen mit GSI-Experimentatoren den ersten Satz von Spaltausbeuten für Kerne des r-Prozesses.

Für seine wissenschaftlichen Arbeiten wurde Professor Karlheinz Langanke unter anderem 2012 mit dem Lise-Meitner-Preis der Europäischen Physikalischen Gesellschaft und 2015 mit dem Benjamin Lee Professorship Award des Asian Pacific Center for Theoretical Physics ausgezeichnet. Er wurde zum Mitglied der Academia Europaea gewählt und zum Ehrenmitglied der Hellenic Nuclear Physics Society ernannt. Karlheinz Langanke wurde in zahlreiche internationale Beratungsgremien führender Laboratorien weltweit berufen.

Er ist Autor zahlreicher bedeutender wissenschaftlicher Publikationen und Übersichtsartikel. Darüber hinaus vertrat er das Gebiet der nuklearen Astrophysik auf vielen großen Konferenzen und hält regelmäßig Vorträge in Schulen auf allen Kontinenten, um seine Begeisterung für die nukleare Astrophysik mit der nächsten Generation von Forschenden zu teilen. (BP)

Weitere Informationen

• Ehrenmitgliedschaften der European Physical Society

Der Wissenschaftsmanager und Physiker Dr. Ulrich Breuer war seit 2020 gemeinsamer Administrativer Geschäftsführer von GSI und FAIR und zuvor Kaufmännischer Direktor am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Er studierte Physik und promovierte an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen. Sein beruflicher Werdegang begann 1991 am Forschungszentrum Jülich. Dort war er zunächst als Assistent des Vorstandsvorsitzenden und danach viele Jahre in leitenden Funktionen tätig. 2005 wechselte er als Kaufmännischer Geschäftsführer zum Hahn-Meitner-Institut Berlin, wo er die Fusion mit der Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung (BESSY) und die Gründung des Helmholtz-Zentrums Berlin begleitete. Als dessen Kaufmännischer Geschäftsführer war er von 2009 bis 2011 tätig. Von 2012 bis 2017 wirkte er als Vizepräsident Wirtschaft und Finanzen des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Danach hatte er die Position des Kaufmännischen Direktors am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) inne.

Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, und Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, dankten Dr. Ulrich Breuer für seinen großen Einsatz und für seine höchst sachkundige Arbeit. GSI und FAIR haben sich während der Amtszeit von Dr. Ulrich Breuer sehr erfolgreich weiterentwickelt. Seine Handlungsmaximen als Administrativer Geschäftsführer waren eine solide und stabile Finanz- und Personalplanung sowie die effektive Unterstützung der Wissenschaft mit maßgeschneiderten infrastrukturellen, administrativen und kaufmännischen Prozessen. In seiner Amtszeit gelang es ihm, die administrativen Rahmenbedingungen zu schaffen, die den GSI/FAIR-Campus ebenso wie das FAIR-Phase-0-Forschungsprogramm und das FAIR-Bauprojekt weiter zielgerichtet vorangebracht haben.

In seine Zeit fielen beispielsweise der Baubeginn für das FAIR-Control-Center und die Eröffnung des KI-Innovationslabors am Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube von GSI und FAIR. Dr. Ulrich Breuer führte die Administration von GSI und FAIR durch die herausfordernden Entwicklungen während der Corona-Pandemie und des Kriegs in der Ukraine und hatte dabei stets die besonderen Erfordernisse der international ausgerichteten Forschungseinrichtung im Blick. (BP)

Zeitraffer-Video FAIR-Baustelle von 2018 bis 2023

Die Teilnehmenden hatten die Gelegenheit, Vorträge von Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, über das FAIR-Projekt und von Dr. Danyal Winters, Arbeitspaketleiter „SIS100 laser cooling pilot facility“, zum Stand der Technik bei der Laserkühlung zu hören. Wissenschaftliche Poster aus den Bereichen Theorie, Simulation, Experiment und Technik zeigten einen Querschnitt der Beschleunigerforschung bei GSI und FAIR, von studentischen Projekten bis hin zu Arbeiten erfahrener Beschleunigerfachleute. Der FAIR-Ausstellungsstand präsentierte der Wissenschaftscommunity die Fortschritte auf dem Weg zu First Science an FAIR und die Zukunftsziele für wegweisende Schwerionen- und Antiprotonenforschung.

Der Leiter des internationalen FAIR-Büros, Dr. Pradeep Ghosh, war vor Ort, um den IPAC-Teilnehmern das GET_INvolved-Programm vorzustellen. Industrievertretende erfuhren, wie sie Zulieferer von FAIR werden können, und FAIR-/GSI-Experten für Technik und Beschaffung suchten nach innovativen Unternehmen mit spezifischen Kompetenzen, die für die Realisierung von FAIR benötigt werden. Außerdem wurden Angebote zum Technologietransfer und Forschungs- und Entwicklungsprojekte rund um das digitale offene Labor, die die Schwerionentherapie und die Helmholtz-Technologievermittlung präsentiert.

Die Teilnehmenden von GSI und FAIR stellten nicht nur ihre eigenen Forschungsarbeiten vor, sondern arbeiteten auch im Schichtbetrieb auf der IPAC-Ausstellung, um FAIR auf der internationalen Bühne in Venedig vorzustellen. Die Liaison Officers aus der Industrie aus Dänemark, Schweden, Estland, Spanien, Italien und der Schweiz verfolgten die FAIR-Präsentationen, um bei der Suche nach Partnern in ihren jeweiligen Ländern unterstützen zu können. Viele bewährte und neue Partner in der Industrie nahmen sich die Zeit, an dem speziellen Industrieempfang am FAIR-/GSI-Stand teilzunehmen. Im Jahr 2024 trifft sich die Wissenschaftscommunity zur nächsten IPAC in Nashville, Tennessee. (BP)

Weitere Informationen

• IPAC’23-Webseite
• GET_Involved-Programm
• GSI/FAIR-Beschaffungswesen
• GSI/FAIR-Technologietransfer
• Kontakt: Dr. Sonia Utermann

Künstliche Intelligenz, Cybersecurity, High Performance Computing und Advanced Digital Tools: Die Felder, in denen Unternehmen sowie der öffentliche Sektor in Hessen bei der digitalen Transformation Handlungsbedarf haben, sind vielfältig und komplex.Bestmögliche Unterstützung dabei bietet nun EDITH. Die Mission des Digital Innovation Hubs ist es, kleine und mittlere Unternehmen (KMU), Start-ups und Kommunen in Südhessen einschließlich der Metropolregion Frankfurt/Rhein-Main bei der Umsetzung ihrer Digitalisierungsvorhaben zu begleiten, den digitalen Gap in Hessen zu schließen und die Region zu einer der smartesten sowie nachhaltigsten in ganz Europa zu machen. Auf der Fachkonferenz Digisustain 2023 in Frankfurt am Main stellte EDITH am 12. Juni sein neues Angebot vor und beantwortete die Fragen des Fachpublikums.

Dr. Arjan Vink, Leiter der Stabsabteilung Drittmittelstelle und Projektverantwortlicher für EDITH 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 House of Digital Transformation

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

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

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

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

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

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

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Mehr zur JUICE-Mission der ESA

Die Dunkle Materie ist eines der größten wissenschaftlichen Rätsel des Universums: Aus astronomischen Beobachtungen weiß man, dass sie rund 26 Prozent des gesamten Energieinhalts des Universums ausmacht und damit etwa fünfmal so häufig vorkommt wie die uns bekannte normale Materie. Bisher entzog sich dieser geheimnisvolle Stoff aber jedem direkten Nachweis, da er nur extrem schwach mit der uns umgebenden normalen Materie wechselwirkt.

Um mehr Licht in diesen dunklen Teil des Universums zu bringen, hat das CNRS zusammen mit DESY, GSI und dem Karlsruher Institut für Technologie das DMLab gegründet. Ziel ist es, die Zusammenarbeit zwischen den beiden Ländern zu stärken und das Potenzial für Entdeckungen zu fördern. „Wir wollen das teilweise komplementäre Fachwissen und die unterschiedlichen Infrastrukturen der deutschen und der französischen Seite zusammenbringen, um Themen von gemeinsamem Interesse nachhaltig voranzubringen und so auch international größere Sichtbarkeit zu erlangen“, sagt DESY-Forscher Thomas Schörner, deutscher Direktor des Dark Matter Labs. Die Hebelwirkung des IRL wird auch Finanzierungsanträge der IRL-Teams bei den nationalen französischen und deutschen Fördereinrichtungen unterstützen.

Zu den wissenschaftlichen Themengebieten des DMLab gehören unterschiedlichste Aspekte der Suche nach Dunkler Materie: direkte Suchen nach Teilchen der Dunklen Materie, die Entwicklung innovativer Detektor- und Beschleunigertechnologien sowie das theoretische Studium von Dunkler Materie. Aber auch die Astroteilchenphysik mit ihrem Multimessenger-Ansatz, der Gravitationswellen mit einbezieht, und das wissenschaftliche Computing mit Themen wie künstlicher Intelligenz und Datenmanagement zählen zu den Tätigkeiten.

Gemeinsame DMLab-Projekte, an denen GSI beteiligt ist, konzentrieren sich auf die Entwicklung neuer Beschleunigerkonzepte auf der Basis von lasergetriebener Teilchenbeschleunigung, neuartigen Detektoren und theoretischen Modellen.

Das DMLab wird für zunächst für fünf Jahre ins Leben gerufen. Organisatorisch ist es eine Einrichtung des französischen IN2P3 (Institut National de Physique Nucleaire et de Physique des Particules) im CNRS, das in Deutschland einen weiteren Standort erhält. Zehn der bereits bestehenden und in ganz Frankreich verteilten IN2P3-Standorte sind an DMLab beteiligt. Das Labor wird französischen Wissenschaftler*innen ermöglichen, längere Forschungsaufenthalte von mindestens einem Jahr in Deutschland zu verbringen. Mit Hilfe der auch von DESY, GSI und KIT zusagten Förderung wird ein reger Austausch in beide Richtungen erwartet, der sich produktiv auf alle Projekte im DMLab auswirken wird.

Vor mehr als 35 Jahren begann die bilaterale Zusammenarbeit zwischen IN2P3 und GSI mit dem gegenseitigen Austausch von Wissenschaftler*innen zur Durchführung gemeinsamer Forschungsprojekte. Das Dark Matter Lab ist eine einzigartige Gelegenheit, die Zusammenarbeit zwischen dem CNRS-IN2P3 und den Helmholtz-Forschungszentren weiter zu vertiefen. (CP)

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Pressemitteilung des DESY

Dr. Francesca Luoni studierte an der ingenieurwissenschaftlichen Technischen Universität Politecnico di Milano. Ihre Master Thesis schrieb sie in Mailand und am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR. Nach ihrem Abschluss in Kerntechnik begann sie ihre Doktorarbeit an der Technischen Universität Darmstadt und am Fachbereich Biophysik der GSI. Derzeit arbeitet sie als Postdoc in der GSI-Abteilung Biophysik, Arbeitsbereich Space Radiation Physics. Ihr Schwerpunkt ist das Thema Strahlungsabschirmung bei Weltraummissionen. Sie ist außerdem Sprecherin der GSI-ESA-NASA-Datenbanken für nukleare Wirkungsquerschnitte, die aus dem ESA-Projekt ROSSINI3 hervorgegangen sind, sowie Mitglied des Organisationsteams der „ESA-FAIR Radiation Summer School“, die jährlich in Darmstadt bei GSI/FAIR und ESA abgehalten wird.

In ihrer preisgekrönten Dissertation, die von Professor Marco Durante, dem Leiter der GSI-Biophysik, betreut wurde, beschäftigte sich Dr. Francesca Luoni mit der Physik der Wechselwirkung von Weltraumstrahlung mit Materialien, die für eine passive Abschirmung bei langfristigen Weltraummissionen in Frage kommen. Die passive Abschirmung gilt derzeit als vielversprechendste Abschirmungsstrategie. Bei dieser Methode werden zusätzliche Abschirmmaterialien an den Wänden des Raumfahrzeugs und der planetaren Basis angebracht.

In ihrer Dissertation stellte Dr. Francesca Luoni Ergebnisse vor, die in beschleunigerbasierten experimentellen Forschungen mit Ionenstrahlen, wie sie im Weltraum vorkommen, und verschiedenen Abschirmmaterialien gewonnen wurden: Dabei zeigte sich unter anderem, dass mit Paraffin stabilisierte Hydride auf Lithiumbasis die vielversprechenden Dosisabschwächungseigenschaften der reinen Hydride mit der mechanischen und chemischen Stabilität von Paraffin kombinieren. Dies macht sie zu einem guten Kandidaten für Abschirmmaterialien in Weltraummissionen. Die experimentellen Daten wurden anschließend mit den Simulationsergebnissen der in diesem Forschungsbereich am häufigsten verwendeten Monte-Carlo-Codes verglichen. Die Simulationen zeigten signifikante systematische Unterschiede. Der letzte Teil der Dissertation konzentrierte sich daher auf die Präsentation von zwei Datenbanken mit Gesamtreaktionsquerschnitten und Querschnitten der Fragmentproduktion, die im Rahmen von Francesca Luonis Arbeit erstellt wurden. Die Datenbanken wurden frei zugänglich gemacht, um interessierten Forschungsgruppen die Möglichkeit zu geben, sie einzusehen, herunterzuladen und sie zusammen mit den Parametrisierungen darzustellen.

Die Vereinigung von Freunden der Technischen Universität zu Darmstadt e.V. vergibt in jedem Jahr 13 Preise für hervorragende wissenschaftliche Leistungen – jeweils einen Preis für jeden Fachbereich der TU. Seit 1987 honoriert die Fördergesellschaft damit jährlich den wissenschaftlichen Nachwuchs. Die 13 Fachbereiche wählen die jeweils beste Dissertation des aktuellen Jahrgangs aus und melden dies den TU-Freunden. Die exzellenten Dissertationen werden mit einem Preisgeld von jeweils 2.500 Euro belohnt, hinzu kommt eine einjährige kostenfreie Mitgliedschaft bei den TU-Freunden. (BP)

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Vereinigung von Freunden der Technischen Universität zu Darmstadt e.V

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

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

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

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

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

Informationen

Tickets: Kostenfreie Einzeltickets für den „Tag der offenen Tür“ müssen im Vorfeld erworben werden

Buchungsportal: kostenfreie Ticketbuchung unter www.gsi.de/tagderoffenentuer (ab 1. Juni 2023)

Buchungsoptionen: gebucht werden können a) Tourentickets: geführte Campus- oder Baustellentouren zu festen Startzeiten (Dauer ca. 75 Minuten) mit Aufenthaltsmöglichkeit im „Science Square“ b) Flaniertickets: Aufenthalte im „Science Square“ ohne Führungen (Dauer unbegrenzt)

Maximalzahl: Pro Person können bis zu sechs Tickets gebucht werden

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

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

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

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

Gastronomie: Ein gastronomisches Angebot ist auf Selbstzahlerbasis vorhanden

France@FAIR, das die Bedeutung der globalen Zusammenarbeit in Forschung und Innovation hervorhob, wurde von der FAIR-Leitung und dem französischen Ministerium für Hochschulen und Forschung erfolgreich organisiert. Die Veranstaltung brachte 15 führende Unternehmen der Big-Science-Industrie in Frankreich zusammen und gab ihnen Gelegenheit, die potenziellen Möglichkeiten von FAIR kennenzulernen.

Während des France@FAIR-Events konnten die Teilnehmenden die Baustelle besichtigen und sich aus erster Hand über die Fortschritte des Projekts informieren. Außerdem erhielten sie von den Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, und Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, Erläuterungen über den Forschungsschwerpunkt und den Projektstatus. Dies half ihnen, die technologischen Bedürfnisse und Herausforderungen, die das Projekt adressieren soll, besser zu verstehen. Diese Erfahrungen boten den Unternehmen eine hervorragende Gelegenheit, sich mit dem Projektteam auszutauschen und ein tieferes Verständnis dafür zu gewinnen, wie sie zum Erfolg des Projekts beitragen können. Außerdem präsentierten die Unternehmen den FAIR-Fachleuten ihre Kompetenzen, Erfahrungen und Kompetenzen. Außerdem wurden Erkenntnisse und aktuelle Möglichkeiten im Bereich Forschung und Innovation zwischen Frankreich und Deutschland ausgetauscht, einschließlich Forschungsprojekten und Möglichkeiten des Technologietransfers für nachhaltige Entwicklung und Zusammenarbeit.

An der Begleitveranstaltung, die darauf abzielte, die aktuellen Anforderungen des FAIR-Großprojekts zu verstehen und zu erfahren, wie französische Unternehmen an FAIR beteiligt werden können, nahmen 15 französische Unternehmen teil. Das Event wurde von Thomas Buffin, Adjutant des Generalkonsuls (Frankfurt), eröffnet und von engagierten Forschenden und Mitgliedern des GSI/FAIR-Teams besucht. Der Beauftragte für Industriepartnerschaften, Arnauld Leservot, und die Unterstützung der Französischen Botschaft in Deutschland und des FAIR-Managements machten die Veranstaltung möglich.

„Ich habe mich gefreut, im Namen der französischen Botschaft in Deutschland in diesem Rahmen die zentrale Bedeutung der deutsch-französischen Zusammenarbeit in Forschung und Innovation zu präsentieren. Es hat mich sehr gefreut, die engagierten Forschenden und das GSI/FAIR-Team kennenzulernen und mit ihnen ausführlich über dieses wichtige internationale Projekt und seine Zukunftsaussichten zu diskutieren. Der Standort und die im Bau befindlichen Einrichtungen haben mich sehr beeindruckt", sagte Axelle Cheney-Grünberger, Senior International Policy and Innovation Expert der Französischen Botschaft in Deutschland.

„Wir freuen uns sehr über das große Interesse und die starke Beteiligung von Industriepartnern an der France@FAIR-Veranstaltung. Die Zusammenarbeit mit der Industrie ist entscheidend für den Erfolg großer wissenschaftlicher Projekte wie FAIR, und wir schätzen die Erkenntnisse und Beiträge dieser Unternehmen zur Erreichung unserer Forschungs- und Innovationsziele. Ich freue mich darauf, wenn sie sich in der einen oder anderen Form aktiv am FAIR-Projekt beteiligen", sagte Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR.

Die France@FAIR-Veranstaltung war ein großer Erfolg, der die Bedeutung der internationalen Zusammenarbeit in Forschung und Innovation unterstrich. Ein besonderer Dank geht an Axelle Cheney-Grünberger, Science Allemagne, für die Vermittlung von Einblicken und aktuellen Möglichkeiten. Darüber hinaus nahmen die folgenden Unternehmen an der Veranstaltung teil und konnten wertvolle Informationen über Forschungsprojekte und Möglichkeiten des Technologietransfers erhalten: ALSYMEX, Technetics Group, Bertin Technologies, OMEGA PHYSICS, Thales Science, Chart Industries, Inc, Sigmaphi Accelerator Technologies, Air Liquide, ROBATEL industries, Framatome, Nexans, NUVIA VINCI, Cegelec CEM (VINCI Energies), und ISP System. Die Veranstaltung bot diesen Unternehmen eine hervorragende Gelegenheit, mehr über das Wissenschaftsprojekt FAIR zu erfahren und Möglichkeiten für eine nachhaltige Entwicklung und Zusammenarbeit auszuloten. (BP)

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Frankreichs Beteiligung an FAIR

In-Kind und Procurement

GET_INvolved-Programm

Technologietransfer

Kontakt für Nachfragen

Für Fragen könne sich Interessierte wenden an Arnauld Leservot (arnault.leservot@recherche.gouv.fr), Industrial Partnership Officer for Research Infrastructures at French Ministry of Research and Innovation, an Dr. Sonia Utermann (S.Utermann@gsi.de), In-Kind und Procurement, oder an Dr. Pradeep Ghosh (Pradeep.Ghosh@fair-center.eu; International-cooperations@fair-center.eu), International Cooperations

Das Projekt ist gut fokussiert und bewusst auf drei Grundlagentechnologien beschränkt, die die dringendsten Anstrengungen und die direkte Aufmerksamkeit der Gemeinschaft erfordern: Laserverstärkung bei sowohl hohen Energien und als auch mit hoher Wiederholrate, den Transport hochenergetischer Laserstrahlen über große Entfernungen und die Widerstandsfähigkeit optischer Beschichtungen für große Optiken. Um diese Ziele zu erreichen, wird die Hauptaktivität im Rahmen von THRILL auf die Herstellung mehrerer Prototypen ausgerichtet sein, die ein hohes Maß an technischer Reife aufweisen sollen. THRILL wird sich mit noch nicht erforschten technischen Herausforderungen befassen – beispielsweise mit dem Transport von Laserstrahlen mit großer Apertur über lange Strecken mittels Relay-Imaging unter Verwendung vollreflektierender Optiken – und zielt darauf ab, konkrete Schritte vorzuschlagen, um die Leistungen und die Effektivität der eingebundenen Industrie durch die gemeinsame Entwicklung fortgeschrittener Technologien bis hin zum Prototyping in Betriebsumgebungen zu steigern.

Die Förderung der technischen Reife dieser Themen ist strategisch mit den langfristigen Plänen und der Entwicklung der europäischen ESFRI-Landmarks FAIR, ELI (-BL) und Eu-XFEL sowie der französischen Forschungsinfrastruktur APOLLON abgestimmt, um sie auf die nächste Entwicklungsstufe zu bringen und ihre führende Position zu stärken. Das Projekt treibt nicht nur die Technologie voran, sondern bietet auch eine hervorragende Möglichkeit, qualifizierte Arbeitskräfte für Forschungseinrichtungen und die Industrie auszubilden. Die Struktur von THRILL fördert die synergetische Arbeit, den schnellen Transfer zur Industrie und integrierte Forschungsaktivitäten auf europäischer Ebene. Den Zugang zu den jeweiligen Forschungseinrichtungen zu gewähren ist Bestandteil des Projektbeitrags der Partner.

GSI ist aufgrund der langjährigen Erfahrung in Konzeption, Entwicklung und Betrieb mittelgroßer Lasersysteme gut für die Koordinatorenrolle geeignet. Das Hochleistungslasersystem PHELIX (Petawatt High-Energy Laser for Ion Experiments) von GSI war einer der ersten Laser weltweit, die in Kombionation mit einer Beschleunigeranlage betrieben wurden. PHELIX kann Laserpulse mit Energien von bis zu 1.000 Joule und Laserpulse mit einer Leistung von bis zu einem halben Petawatt liefern. „Bei PHELIX haben Forschende aus aller Welt die einzigartige Möglichkeit, Experimente durchzuführen, bei denen Laserstrahlen und Ionenstrahlen, die in der bestehenden Beschleunigeranlage erzeugt werden, kombiniert werden. Dies ermöglicht die Untersuchung extremer Materiezustände, wie sie beispielsweise in Sternen oder im Inneren großer Planeten auftreten“, erläutert Professor Vincent Bagnoud, Leiter der Forschungsabteilung Plasmaphysik/PHELIX von GSI/FAIR.

THRILL wird im Rahmen des HORIZON-EUROPE-Programms der EU unter der Grant-Vereinbarung 101095207 finanziert. Beteiligt sind neben GSI/FAIR das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, die European X-Ray Free-Electron Laser Facility und der Forschungsverbund Berlin in Deutschland sowie das Centre National de la Recherche Scientifique und Amplitude Systems in Frankreich, ELI ERIC, Laserlab-Europe AISBL in Belgien und die Universität Rochester in den USA. (CP)

Weitere Informationen

• THRILL-Projekt
• Plasmaphysik/PHELIX bei GSI/FAIR

Die Digitalisierung erfordert Rechenzentren und kompetentes Personal, um diese zu betreiben. Doch genau hier liegen die Herausforderungen: Einerseits steigen Bedarf und Komplexität der IT-Systeme; andererseits wird es zunehmend schwieriger, gut ausgebildete Techniker zu finden. Genau hier setzt DC Vision an. Die Software zentralisiert alle Informationen zu den Komponenten im Rechenzentrum. Für jedes einzelne Rack wird ein digitaler Zwilling erstellt, der exakt die Realität abbildet. Müssen Änderungen an einem Rack vorgenommen werden, erhält das Technikpersonal über eine AR-Brille eine Vielzahl an zusätzlichen Informationen zu dem Rack, an dem sie gerade arbeiten. Insbesondere Remote Services werden deutlich vereinfacht, da sich alle Arbeitsschritte klar definieren lassen. Die Wahrscheinlichkeit eines Fehler sinkt deutlich. Zusätzlich können die Techniker*innen bei Bedarf auf weitere Quellen zurückgreifen, umgekehrt Daten aktualisieren oder zum digitalen Zwilling hinzufügen.

Dr. Helmut Kreiser, Leiter des Green IT Cube aus der IT-Abteilung von GSI/FAIR, sieht viel Potential in der Technologie: „Unser Rechenzentrum verfügt über mehrere Ebenen und pro Ebene haben wir aktuell 128 Racks in Betrieb. Das Dokumentationsmanagement nimmt dabei viel Zeit in Anspruch, ist aber entscheidend, um die Sicherheit der Infrastruktur zu gewährleisten. Wir freuen uns, mit DC Vision das Konzept des digitalen Zwillings nutzen zu können, das diesen Aufwand reduziert und uns deutliche Mehrwerte liefert.“ Geplant ist zukünftig auch die stärkere Nutzung von Sensoren im Rechenzentrum und deren Integration in das Konzept des digitalen Zwillings, wie Dr. Kreiser erläutert: „Unser Ziel sind visuelle Inspektionen mit der AR-Brille, die uns auf einen Blick alle relevanten Informationen liefert. Wir könnten Fehler direkt erkennen und sogar mögliche Störungen antizipieren.“ 

Für DC Smarter stellt der Green IT Cube umgekehrt die ideale Umgebung dar, um auch neuen Interessent*innen die Software zu demonstrieren. Jörg Hesselink, CEO DC Smarter, zeigt sich begeistert von der Kooperation: „Wir freuen uns, als erster Partner im Digital Open Lab am Green IT Cube einzuziehen. Für uns ist das die ideale Kombination aus Forschungsumgebung und realer Rechenzentrumsinfrastruktur. Hier können wir unsere Software umfassend vorstellen und erhalten darüber hinaus wertvolle Anregungen für zusätzliche Funktionalitäten.“ DC Vision setzt auf ein vorhandenes Data Center Infrastructure Management System (DCIM) auf. Der digitale Zwilling wird basierend auf den vorhandenen Informationen erstellt. Aus eigener Erfahrung weiß Jörg Hesselink: „Bei nur 50 Prozent aller Unternehmen werden die erforderlichen Informationen regelmäßig gepflegt. Die benutzerfreundliche Oberfläche unserer Software vereinfacht das Asset Management, Medienbrüche werden komplett vermieden und somit der sichere und zuverlässige Betrieb der Infrastruktur nachhaltig gesichert.“ (DC Smarter/CP)

Weitere Informationen

• Green IT Cube von GSI/FAIR
• Digital Open Lab von GSI/FAIR
• Webseite von DC Smarter

Nach einer Begrüßung durch die organisierende Abteilung für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit und den Leiter des Personalmanagements, Tobias Gottschalk, 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 Elektronikabteilungen, Werkstätten, Targetlabor, Detektorlabor, Kryogenik, Bauabteilung, Facility Management und 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. In der Biophysik nahm sogar eine kleine Gruppe den Girls’Day auf Englisch wahr.

„Über den enormen Zuspruch und die rege Teilnahme haben wir uns sehr gefreut. Das ist für uns als organisierende Abteilung und natürlich auch für die Kolleg*innen in den wissenschaftlichen und technischen Fachabteilungen eine Bestätigung der Attraktivität unseres Angebots“, erläutert Organisatorin Carola Pomplun, die selbst Physikerin ist und in der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit von GSI und FAIR arbeitet. „Viele Gruppen haben etwas Kleines gebaut oder hergestellt, das zum Teil auch mit nach Hause genommen werden kann. Mit den Kolleg*innen vor Ort in den persönlichen Kontakt zu treten, die Arbeit ‚live‘ zu sehen und direkte Fragen stellen und beantworten zu können, erlaubt den Mädchen einen tiefen Einblick in die verschiedenen Berufsfelder.“

„Neben der Möglichkeit, als Werkstudentin während des Studiums bei GSI oder FAIR tätig zu sein, besteht auch die Möglichkeit, seine Bachelor-, Master- oder Promotionsarbeit bei uns anzufertigen. Darüber hinaus bieten wir auch verschiedene Ausbildungsplätze sowie duale Studiengänge bei uns an,“ sagt Tobias Gottschalk. „Wenn es den Mädchen hier bei uns gefallen hat, möchte ich sie herzlich dazu einladen, sich hierfür, oder auch für ein freiwilliges Praktikum oder ein Pflichtpraktikum, 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 fünften Klasse. Die Mädchen lernen 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

• Girls'Day bei GSI/FAIR
• Offizielle Girls'Day-Webseite

Die Schüler*innen erhielten Einblicke in innovative Methoden zur Krebstumor-Therapie mittels Ionenstrahlen anhand von Einführungen in die Partikeltherapie und einem Rückblick auf das bei GSI erfolgte Pilotprojekt zur Kohlenstofftherapie, in dem von 1997 bis 2008 über 440 Personen auf dem Campus behandelt werden konnten. In einem Rundgang durch die Forschungsanlagen konnten sie auch den damaligen Behandlungsplatz besuchen und Informationen über den aktuellen Forschungsstand erhalten.

Während einer anschließenden „hands-on“ Übung hatten sie die Möglichkeit, selbst mit der professionellen Software MatRad, entwickelt vom Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg, Bestrahlungspläne für die Therapie zu erstellen und lernten die Vorzüge verschiedener Methoden kennen. In einer abschließenden Videokonferenz auf Englisch mit Teilnehmenden aus anderen Forschungseinrichtungen in Deutschland, Georgien und Slowenien tauschten sie Ihre Erfahrungen aus.

Die PTMCs wurden bei GSI/FAIR aufgesetzt und werden durch Koordinatorin Yiota Foka international organisiert. Seit dem ersten Pilotprojekt bei GSI/FAIR wurden je sechs Online-Veranstaltungen in den Jahren 2021 und 2022 ausgerichtet, die rund 1500 Schüler*innen erreichten. Im Jahr 2023 fanden weitere neun Veranstaltungen, hauptsächlich in Präsenz oder hybrid, in 35 Institutionen aus 20 Ländern statt. Weitere jährliche Veranstaltungen bei GSI/FAIR und an anderen Orten weltweit sind für die Zukunft in Planung.

Jedes Jahr nehmen mehr als 13.000 Schüler*innen aus 60 Ländern für einen Tag an allen IPPOG-Masterclass-Veranstaltung der rund 225 nahe gelegenen Universitäten oder Forschungszentren teil, um die Geheimnisse der Teilchenphysik zu entschlüsseln. Die 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. Die PTMC als weiterer Baustein zeigt den Nutzen der Grundlagenforschung für die Gesellschaft und die Rolle der Teilchenphysik in der Tumortherapie auf. (CP)

Die Veranstaltung ist Teil der Vorbereitung zur Durchführung der neuen Experimente. Die Ausschreibung für entsprechende Forschungsvorschläge war im vergangenen Jahr erfolgt, Einreichung, Evaluierung und Auswahl ebenfalls. Ziel des aktuellen IBPER-Workshop war es, die Experimentvorschläge der Forschungsgruppen zu diskutieren und die zukünftigen Experimente während der nächsten Strahlzeit bei GSI/FAIR zu planen. Zahlreiche Forschende unter anderem aus Deutschland, Belgien, England, Frankreich, Italien und Tschechien nahmen am Workshop teil und tauschten sich aus über die Experimente, die sich unter anderem mit den Themen Nanoverbundstoffe, Mondstaub und Kälteschutz beschäftigen.

Eröffnet wurde die Veranstaltung von Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, sowie ESA-Kampagnenmanagerin Dr. Anna Fogtmann. Einen Überblick über die IBPER- und IBER-Aktivitäten bei GSI gab der Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, Professor Marco Durante. Bei einer Führung erhielten die Gäste außerdem einen Einblick in die GSI- und FAIR-Forschungseinrichtungen, bevor die Forschungspläne diskutiert wurden.

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 die Möglichkeiten noch erheblich erweitert. Es werden noch höhere Energien für die Simulation kosmischer Strahlung zur Verfügung stehen und bahnbrechende neue Erkenntnisse ermöglichen. Die Teilnehmenden des neuen IBPER-Programms können die zukunftsweisenden Forschungsmöglichkeiten bei GSI/FAIR nutzen und ihre ausgewählten Forschungsprojekte vorantreiben, um das Wissen über die biologischen und physikalischen Auswirkungen der kosmischen Strahlung zu erweitern.

Bei Weltraummissionen zum Mond und darüber hinaus kann die komplexe Strahlungsumgebung im Weltraum ein limitierender Faktor für die Erforschung des Weltraums durch Menschen und Roboter sein. Ionisierende Strahlung wirkt sich auf lebende Organismen aus und interagiert auch mit Materie, was elektronische Geräte beeinträchtigt und den Betrieb von Satelliten stört. Daher müssen die Auswirkungen der Wechselwirkungen ionisierender Strahlung mit biologischem Gewebe, physikalischer Materie und Hardware untersucht werden, um das Risiko schädlicher Auswirkungen der Weltraumstrahlung besser einschätzen zu können und so Gegenmaßnahmen und Abhilfestrategien für die Raumfahrt zu entwickeln.

Die Ergebnisse, die durch die ESA-GSI-Kooperation entstehen, werden aber nicht nur zukunftsweisende Informationen für die Raumfahrt, sondern auch für das Leben auf der Erde bringen. Daten aus den Experimenten können beispielsweise zu detaillierteren Erkenntnissen über Risiken von Strahlenbelastungen auf der Erde beitragen. Sie helfen außerdem, Strahlenschutzmaßnahmen zu optimieren und können zur Verbesserung von Strahlentherapien für die Krebsbehandlung führen. (BP)

Weitere Informationen

IBER & IBPER Webpage

Jörg Blaurock, technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR (zugeschaltet), und Dr. Pradeep Ghosh, internationale Kooperationen von GSI und FAIR, begrüßten die indischen Gäste. Im Mittelpunkt des Besuchs standen Informationen zum Stand des FAIR-Projekts, aktuelle und geplante Forschungsaktivitäten bei GSI sowie High-Tech-Entwicklungen für FAIR, insbesondere die indischen Aktivitäten in diesem Bereich. Während seines Besuchs hatte der Botschafter die Gelegenheit, die Baustelle mit einer Führung zu besichtigen und einige Bereiche auf dem Campus zu sehen.

Während ihres Besuchs traf die Delegation auch mit indischen Studierenden, Forschenden und Mitarbeitenden indischer Herkunft zusammen, die derzeit am Forschungszentrum GSI und FAIR arbeiten. Der Botschafter war beeindruckt von ihren Beiträgen zu dem Projekt und ihrem Engagement für die wissenschaftliche Forschung.

Der Besuch war ein Erfolg und trug zur Stärkung der langjährigen Partnerschaft zwischen Indien und Deutschland im Bereich von Forschung und Technologie bei. Die Investition Indiens in das FAIR-Projekt zeigt sein Engagement für die Förderung globaler Kooperationen und die Weiterentwicklung der wissenschaftlichen Forschung.

Der Besuch des Botschafters unterstreicht die wachsende Präsenz Indiens in der globalen wissenschaftlichen Gemeinschaft und die Bemühungen, die Bürger zu ermutigen, eine Karriere in Forschung und Entwicklung einzuschlagen. Er unterstreicht auch die Bedeutung der internationalen Zusammenarbeit für den Fortschritt der wissenschaftlichen Forschung und die Förderung von Innovationen. Der Botschafter setzte sich auch für einen noch stärkeren Austausch von Wissenschaftler*innen zwischen Deutschland und Indien ein, indem die Mobilitätsmöglichkeiten für Studierende, Forschende und Ingenieur*innen im Rahmen des GET_INvolved-Programms genutzt werden. Insgesamt war der Besuch des Botschafters ein wichtiger Schritt zur Stärkung der Rolle Indiens in der globalen wissenschaftlichen Gemeinschaft und zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung und technologischen Innovation. (BP)

Indien bei FAIR

Indien ist einer der Gründungsstaaten von FAIR und hält 3,5 Prozent der derzeitigen Anteile der FAIR GmbH. Indische Forschende sind unter der Leitung des Department of Science and Technology (DST) und des Department of Atomic Energy (DAE) der indischen Regierung sowohl an den Experimenten als auch an den Beschleunigern beteiligt und entwerfen und realisieren in indischen Wissenschafts- und Industrieeinrichtungen Komponenten. Indische Wissenschaftler*innen sind entscheidend beim Schärfen des Gesamtprogramms von FAIR und in der Konzeption des Beschleunigerkomplexes. Sie sind mit dem Bau von Detektoren für die Forschungssäulen NUSTAR (Nuclear Structure, Astrophysics and Reactions) und CBM (Compressed Baryonic Matter) beschäftigt. Ein weiterer wichtiger Bereich ist der Bau von Hightech-Ausrüstung für das Herzstück des FAIR-Beschleunigers, wie beispielsweise Vakuumkammern, strahlenresistente Kabel und Hightech-Stromwandler.

Weitere Informationen

GET_INvolved Programm

Für Anfragen bitte kontaktieren: Dr. Pradeep Ghosh, E-Mail Pradeep.Ghosh@fair-center.eu oder International@gsi.de.

Eröffnet wurden die EDC durch Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von FAIR und GSI, mit einer Einführung in die Wissenschaft von GSI/FAIR. Mit zwanzig Vorträgen und vielen Diskussionsangeboten lieferten die ECD einen bunten Strauß an Themen und ein breites Forum rund um die Thematik. Begleitet werden die ECD jeweils von einer Industrieausstellung, auf der sich dieses Mal zehn Firmen rund um die Kryotechnik mit ihrem Portfolio präsentierten. Für FAIR/GSI und die In-Kind-Partner ergab sich hier die Gelegenheit, mit potentiellen Lieferanten vor Ort sprechen zu können.

Einer der Schwerpunkte des Treffens lag dieses Mal naturgemäß auf dem internationalen FAIR-Beschleuniger, der aktuell in Darmstadt errichtet wird. Zahlreiche Vorträge berichteten über die Kryoinfrastruktur und die Kryosysteme des zukünftigen FAIR-Ringbeschleunigers SIS100 und des Fragmentseparators Super-FRS sowie über die FAIR-Baustellenplanung. Einen Höhepunkt stellte der Vor-Ort-Besuch der in der Installation weit vorangeschrittenen FAIR-Kryogenik-Anlage auf dem Baufeld dar.

Zu FAIR gehört eine der größtmöglichen Kälteanlagen, die noch aus einem Stück gebaut werden kann. Um die beschleunigten Teilchen auf ihren Bahnen zu lenken, sind starke Magnetfelder nötig, die am effizientesten durch das Phänomen der Supraleitung zu erreichen sind. 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. (CP)

Strahlentherapie, Radiopharmaka-Produktion, Wirkstoffentwicklung und Zertifizierung, die Entwicklung energiesparender Halbleiter oder neuer Hochleistungsmaterialien. Eine Auswahl verschiedener Themen, mit hoher volkswirtschaftlicher Relevanz. Gleichzeitig eine Auswahl an Themen, wo beschleunigerbasierte Technologien für Forschung und Entwicklung, in der Produktion oder für Qualitätskontrollen enorme Vorteile bieten. Heute werden diese außerhalb der Wissenschaft jedoch nicht voll ausgeschöpft. Die Innovationsplattform HI-ACTS, mit der Beteiligung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, tritt an, um genau dies zu ändern.

HI-ACTS wird von GSI gemeinsam mit Projekt-Koordinator DESY, dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und dem Helmholtz-Zentrum Hereon umgesetzt. Beschleunigertechnologien der Helmholtz-Gemeinschaft werden als kosteneffiziente Full-Service-Infrastruktur industriellen Nutzern zur Verfügung gestellt. Das heißt: Bestehende Forschungsinfrastrukturen werden für industrielle Fragestellungen einfacher zu nutzen sein.

Bei GSI und dem sich im Aufbau befindenden internationalen Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) wird dafür eine Position geschaffen, die Beziehungen zu relevanten Industriepartnern weiterentwickelt und professionalisiert. Partner können beispielsweise Experimentierzeit am Beschleuniger nutzen, wie dies beispielsweise bereits im Rahmen einer Kollaboration der European Space Agency ESA mit der Forschungsabteilung Biophysik zum Strahlungshärtetest von Elektroniken für den Einsatz im Weltraum oder bei der Herstellung von Nanostrukturen in der Materialforschung geschieht. Auch die Rechenkapazitäten des besonders energieeffizienten Hochleistungsrechenzentrums Green IT Cube von GSI/FAIR können durch externe Partner genutzt werden.

„Zur Vernetzung mit relevanten Partnern für den Transfer hat GSI ein proaktives Innovationsökosystem aufgebaut und sieht in der Innovationsplattform HI-ACTS einen idealen Partner für den weiteren Ausbau und Professionalisierung der Bereiche Infrastrukturnutzung und Dienstleistungen rund um seine Beschleunigeranlagen“, sagt Dr. Tobias Engert, Leiter des Technologietransfers von GSI/FAIR.

„Die Beschleunigertechnologie hat ein großes Innovationspotential, das es für vielfältige gesellschaftliche Herausforderungen auszureizen gilt“, ergänzt Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR. „Die neue HI-ACTS-Plattform wird es ermöglichen, eine zentrale Anlaufstelle für die Industriepartner zu bieten, administrative Abläufe zu etablieren und bestmögliche Unterstützung für die Forschenden zu bieten.“

Neben der besseren Nutzung der bestehenden Beschleuniger in den Forschungszentren selbst, hat sich HI-ACTS zum Ziel gesetzt die Technologie der kompakten Beschleuniger so zu etablieren, dass diese auch einfach vor Ort, zum Beispiel für die Medikamentenentwicklung oder als leistungsstarke Instrumente für Krebstherapien eingesetzt werden können.

Die Plattform wird sogenannte Technology Labs aufsetzen, die gezielt die Kompetenzen der wissenschaftlichen Partner für relevante Technologieentwicklungen, wie etwa kompakte Beschleuniger oder Zyklotron-Lösungen für die Radionuklidproduktion, nutzen. HI-ACTS wird von Beginn an unter der Beteiligung von Industrieunternehmen ausgestaltet, sodass inhaltlich gezielt die Bedarfe der Unternehmen beispielsweise aus den Bereichen Medizintechnik, High-Performance-Halbleiter, (Radio-)Pharmazie und Radiotheranostik-Materialien aufgegriffen werden.

Im Rahmen der Förderlinie „Innovationsplattformen” der Helmholtz-Gemeinschaft konnte sich HI-ACTS als eines von derzeit zwei geförderten Projekten durchsetzen. Gemeinsam haben alle Anträge, dass sie gezielt Herausforderungen adressieren, für die Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft nachhaltige Lösungen mit gesellschaftlicher Relevanz entwickeln können.

Die Förderung startet ab sofort für einen Zeitraum von drei Jahren mit einem Gesamtvolumen von knapp 13 Mio. Euro. Die derzeitige Planung sieht das langfristige Agieren von HI-ACTS über diesen Zeitraum hinaus vor. (DESY/CP)

Weitere Informationen

• Pressemitteilung des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY
• Projektwebseite HI-ACTS
• HI-ACTS bei GSI/FAIR

International führende Wissenschaftler*innen, unter anderem von GSI und FAIR, diskutierten fünf Tage lang in Aschaffenburg die neuesten experimentellen und theoretischen Ergebnisse auf dem Gebiet des Quark-Gluon-Plasmas (QGP). Das QGP, ein Zustand des frühen Universums in seinen ersten Mikrosekunden nach dem Urknall, wird im Labor in großen Beschleunigern wie dem Large Hadron Collider am CERN erzeugt und soll auch bei Kernkollisionen an der im Bau befindlichen Beschleunigeranlage FAIR in Darmstadt untersucht werden. Organisiert wurde das Event von Wissenschaftler*innen der GSI Darmstadt und der Universität Münster, zusammen mit Kolleg*innen aus Bielefeld, Darmstadt, Frankfurt, Gießen und Heidelberg.

Nachdem die letzte Konferenz aufgrund der Covid-Pandemie online stattgefunden hatte, schätzten die Teilnehmenden die lebhaften Diskussionen rund um die Vorträge in den Parallel- und Plenarsitzungen. Der Konferenz ging ein Studierendentag mit Vorträgen für Nachwuchswissenschaftler*innen voraus, der bei GSI/FAIR in Darmstadt stattfand und eine geführte Besichtigung der FAIR-Baustelle beinhaltete.

Eine Reihe von öffentlichen Veranstaltungen vermittelte den Menschen in Aschaffenburg und Umgebung einen Einblick in die Kern- und Teilchenphysik und ihre wesentliche Rolle für das Verständnis unseres Universums. Ein öffentlicher Abendvortrag von Prof. Luciano Rezzolla von der Goethe-Universität Frankfurt rundete das Programm ab. Die nächste Konferenz wird im Herbst 2024 in Japan stattfinden.

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)

Weitere Informationen

• 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. (LW)

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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*innen 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)

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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)

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• 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)

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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)

Weitere Informationen

• 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)